(57)【要約】【課題】トグル型セルの多値記憶を実現する。【解決手段】磁気ランダムアクセスメモリは、第１の書き込み配線Ｗ１と、第１及び第２の交差角θ１，θ２を有する第２の書き込み配線Ｗ２と、第１の交差角側を向く第１の磁化容易軸ｅ１を有し、第１の固定層１１１と第１の記録層１１３と第１のトンネルバリア層１１２とを有する第１の磁気抵抗効果素子１００と、第２の交差角側を向く第２の磁化容易軸ｅ２を有し、第２の固定層２１１と第２の記録層２１３と第２のトンネルバリア層２１２とを有する第２の磁気抵抗効果素子２００とを具備し、書き込み動作時、第１及び第２の書き込み配線を用いて第１及び第２の記録層の磁化はそれぞれトグル動作をする。【選択図】図１
2006286038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に延在された第１の書き込み配線と、
前記第１の方向と異なる第２の方向に延在され、前記第１の書き込み配線と交差することで形成された第１及び第２の交差角を有し、前記第１及び第２の交差角は前記第１の書き込み配線を境界にそれぞれ位置する第２の書き込み配線と、
前記第１及び第２の書き込み配線間の前記第１及び第２の書き込み配線の交点に配置され、前記第１の交差角側を向く第１の磁化容易軸を有し、第１の固定層と第１の記録層と前記第１の固定層及び前記第１の記録層に挟まれた第１のトンネルバリア層とを有し、前記第１の記録層は前記第１の固定層側に位置する第１の強磁性層と第２の強磁性層と前記第１及び第２の強磁性層に挟まれた第１の非磁性層とを有する第１の磁気抵抗効果素子と、
前記第１及び第２の書き込み配線間の前記第１及び第２の書き込み配線の交点に配置され、前記第１の磁気抵抗効果素子と電気的に接続され、前記第２の交差角側を向く第２の磁化容易軸を有し、第２の固定層と第２の記録層と前記第２の固定層及び前記第２の記録層に挟まれた第２のトンネルバリア層とを有し、前記第２の記録層は前記第２の固定層側に位置する第３の強磁性層と第４の強磁性層と前記第３及び第４の強磁性層に挟まれた第２の非磁性層とを有する第２の磁気抵抗効果素子と
を具備し、
書き込み動作時、前記第１及び第２の書き込み配線を用いて前記第１及び第２の記録層の磁化はそれぞれトグル動作をする
ことを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項２】
前記第１及び第２の交差角は、それぞれ９０度であり、
前記第１及び第２の磁化容易軸は、前記第１又は第２の方向に対してそれぞれ４５度傾くことを特徴とする請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項３】
第１の方向に延在された第１の書き込み配線と、
前記第１の方向と異なる第２の方向に延在され、前記第１の書き込み配線と交差することで形成された第１及び第２の交差角を有し、前記第１及び第２の交差角は前記第１の書き込み配線を境界にそれぞれ位置する第２の書き込み配線と、
前記第１及び第２の書き込み配線間の前記第１及び第２の書き込み配線の交点に配置され、前記第１の交差角側を向く第１の磁化容易軸を有し、第１の固定層と第１の記録層と前記第１の固定層及び前記第１の記録層に挟まれた第１のトンネルバリア層とを有し、前記第１の記録層は前記第１の固定層側に位置する第１の強磁性層と第２の強磁性層と前記第１及び第２の強磁性層に挟まれた第１の非磁性層とを有する第１の磁気抵抗効果素子と、
前記第１及び第２の書き込み配線間の前記第１及び第２の書き込み配線の交点に配置され、前記第１の磁気抵抗効果素子と電気的に接続され、前記第２の交差角側を向く第２の磁化容易軸を有し、第２の固定層と第２の記録層と前記第２の固定層及び前記第２の記録層に挟まれた第２のトンネルバリア層とを有する第２の磁気抵抗効果素子と
を具備することを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項４】
第１の方向に延在された第１の書き込み配線と、
前記第１の方向と異なる第２の方向に延在され、前記第１の書き込み配線と交差することで形成された第１及び第２の交差角を有し、前記第１及び第２の交差角は前記第１の書き込み配線を境界にそれぞれ位置する第２の書き込み配線と、
前記第１及び第２の書き込み配線間の前記第１及び第２の書き込み配線の交点に配置され、前記第１の交差角側を向く第１の磁化容易軸を有し、第１の固定層と第１の記録層と前記第１の固定層及び前記第１の記録層に挟まれた第１のトンネルバリア層とを有し、前記第１の記録層は前記第１の固定層側に位置する第１の強磁性層と第２の強磁性層と前記第１及び第２の強磁性層に挟まれた第１の非磁性層とを有する第１の磁気抵抗効果素子と、
前記第１及び第２の書き込み配線間の前記第１及び第２の書き込み配線の交点に配置され、前記第１の磁気抵抗効果素子と電気的に接続され、前記第２の交差角側を向く第２の磁化容易軸を有し、第２の固定層と第２の記録層と前記第２の固定層及び前記第２の記録層に挟まれた第２のトンネルバリア層とを有し、前記第２の記録層は前記第２の固定層側に位置する第３の強磁性層と第４の強磁性層と前記第３及び第４の強磁性層に挟まれた第２の非磁性層とを有する第２の磁気抵抗効果素子と
を具備し、
前記第１の書き込み配線に第１の書き込み電流を流し、前記第２の書き込み配線に第２の書き込み電流を流すことによって、前記第１及び第２の磁気抵抗効果素子に２値の情報をそれぞれ書き込む書き込み方法であって、
前記第１及び第２の書き込み電流の一方の電流を前記第１及び第２の書き込み電流の他方の電流より先に流し始める工程と、
前記一方の電流に加えて前記他方の電流を流す工程と、
前記一方の電流を前記他方の電流より先に書き込み閾値以下の電流値に下げる工程と、
前記他方の電流を前記書き込み閾値以下の前記電流値に下げる工程と
を具備し、
前記第１及び第２の書き込み電流を流し始める又は流し終える順番と前記第１及び第２の書き込み電流を流す方向とを変えることによって、前記第１及び第２の磁気抵抗効果素子の一方のみに選択的にトグル動作を起こさせる
ことを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリの書き込み方法。
【請求項５】
第１の方向に延在された第１の書き込み配線と、
前記第１の方向と異なる第２の方向に延在され、前記第１の書き込み配線と交差することで形成された第１及び第２の交差角を有し、前記第１及び第２の交差角は前記第１の書き込み配線を境界にそれぞれ位置する第２の書き込み配線と、
前記第１及び第２の書き込み配線間の前記第１及び第２の書き込み配線の交点に配置され、前記第１の交差角側を向く第１の磁化容易軸を有し、第１の固定層と第１の記録層と前記第１の固定層及び前記第１の記録層に挟まれた第１のトンネルバリア層とを有し、前記第１の記録層は前記第１の固定層側に位置する第１の強磁性層と第２の強磁性層と前記第１及び第２の強磁性層に挟まれた第１の非磁性層とを有する第１の磁気抵抗効果素子と、
前記第１及び第２の書き込み配線間の前記第１及び第２の書き込み配線の交点に配置され、前記第１の磁気抵抗効果素子と電気的に接続され、前記第２の交差角側を向く第２の磁化容易軸を有し、第２の固定層と第２の記録層と前記第２の固定層及び前記第２の記録層に挟まれた第２のトンネルバリア層とを有する第２の磁気抵抗効果素子と
を具備し、
前記第１の書き込み配線に第１の書き込み電流を流し、前記第２の書き込み配線に第２の書き込み電流を流すことによって、前記第１及び第２の磁気抵抗効果素子に２値の情報をそれぞれ書き込む書き込み方法であって、
前記第１及び第２の書き込み電流の一方の電流を前記第１及び第２の書き込み電流の他方の電流より先に流し始める工程と、
前記一方の電流に加えて前記他方の電流を流す工程と、
前記一方の電流を前記他方の電流より先に書き込み閾値以下の電流値に下げる工程と、
前記他方の電流を前記書き込み閾値以下の前記電流値に下げる工程と
を具備し、
前記第１及び第２の書き込み電流を流し始める又は流し終える順番と前記第１及び第２の書き込み電流を流す方向とを変えることによって、第１及び第２の動作を選択的に独立して行い、
前記第１の動作は、前記第１の磁気抵抗効果素子にトグル動作を起こさせる又は起こさせないことであり、
前記第２の動作は、前記第２の磁気抵抗効果素子の前記第２の記録層の磁化を反転させることである
ことを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリの書き込み方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果（Magneto Resistive）を利用した磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ：Magnetic Random Access Memory）及び磁気ランダムアクセスメモリの書き込み方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報記憶素子として、トンネル型磁気抵抗効果（ＴＭＲ：Tunneling Magneto Resistive）を利用した磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ：Magnetic Random Access Memory）が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
この磁気ランダムアクセスメモリのメモリセルは、上部書き込み配線と、下部書き込み配線と、これら上部書き込み配線及び下部書き込み配線間に設けられたＭＴＪ（Magnetic Tunnel Junction）素子とを備える。ＭＴＪ素子は、固定層と、記録層と、これら固定層及び記録層に挟まれたトンネルバリア層とを有する。
【０００４】
そして、いわゆるトグル型セルでは、ＭＴＪ素子の磁化容易軸方向が上部書き込み配線又は下部書き込み配線の延在方向に対して４５度傾いている。さらに、ＭＴＪ素子の記録層は、強磁性層／非磁性層／強磁性層の３層からなり、２つの強磁性層が非磁性層を介して反強磁性結合している。
【０００５】
このようなトグル型セルの書き込み動作は、上部書き込み配線及び下部書き込み配線に対して順番に電流を流した後、電流を流し始めた順番と同じ順番で電流を流すのを止める。これにより、最初の磁化の状態によらず、磁化反転が生じる。従って、書き込む前にＭＴＪ素子のデータを一度読み出すことで、まず現在のセルの状態を判別し、その後必要であれば書き込み動作を開始する。
【０００６】
一方、固定層の磁化方向とこの固定層側に位置する記録層の強磁性層の磁化方向とが平行又は反平行かで、ＭＴＪ素子の抵抗状態が“１”，“０”を遷移するので、この抵抗状態を取り出すことによって、読み出し動作が可能となる。
【０００７】
このようなトグル型セルでは、原理的に個々のＭＴＪ素子の磁化反転閾値のばらつきの影響を受け難く、磁気ランダムアクセスメモリの大規模化の実現に有利である。その一方で、書き込み電流が大きいこと、書き込みスピードが遅いことといった欠点も有しており、磁気ランダムアクセスメモリのスタンダード技術にはまだなりきれていない。
【非特許文献１】Roy Scheuerlein et. Al, ISSCC2000 Technical Digest p.128, 「A 10ns Read and Write Non-Volatile Memory Array Using a Magnetic Tunnel Junction and FET Switch in each Cell」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、トグル型セルの多値記憶を実現することが可能な磁気ランダムアクセスメモリ及び磁気ランダムアクセスメモリの書き込み方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の視点による磁気ランダムアクセスメモリは、第１の方向に延在された第１の書き込み配線と、前記第１の方向と異なる第２の方向に延在され、前記第１の書き込み配線と交差することで形成された第１及び第２の交差角を有し、前記第１及び第２の交差角は前記第１の書き込み配線を境界にそれぞれ位置する第２の書き込み配線と、前記第１及び第２の書き込み配線間の前記第１及び第２の書き込み配線の交点に配置され、前記第１の交差角側を向く第１の磁化容易軸を有し、第１の固定層と第１の記録層と前記第１の固定層及び前記第１の記録層に挟まれた第１のトンネルバリア層とを有し、前記第１の記録層は前記第１の固定層側に位置する第１の強磁性層と第２の強磁性層と前記第１及び第２の強磁性層に挟まれた第１の非磁性層とを有する第１の磁気抵抗効果素子と、前記第１及び第２の書き込み配線間の前記第１及び第２の書き込み配線の交点に配置され、前記第１の磁気抵抗効果素子と電気的に接続され、前記第２の交差角側を向く第２の磁化容易軸を有し、第２の固定層と第２の記録層と前記第２の固定層及び前記第２の記録層に挟まれた第２のトンネルバリア層とを有し、前記第２の記録層は前記第２の固定層側に位置する第３の強磁性層と第４の強磁性層と前記第３及び第４の強磁性層に挟まれた第２の非磁性層とを有する第２の磁気抵抗効果素子とを具備し、書き込み動作時、前記第１及び第２の書き込み配線を用いて前記第１及び第２の記録層の磁化はそれぞれトグル動作をする。
【００１０】
本発明の第２の視点による磁気ランダムアクセスメモリは、第１の方向に延在された第１の書き込み配線と、前記第１の方向と異なる第２の方向に延在され、前記第１の書き込み配線と交差することで形成された第１及び第２の交差角を有し、前記第１及び第２の交差角は前記第１の書き込み配線を境界にそれぞれ位置する第２の書き込み配線と、前記第１及び第２の書き込み配線間の前記第１及び第２の書き込み配線の交点に配置され、前記第１の交差角側を向く第１の磁化容易軸を有し、第１の固定層と第１の記録層と前記第１の固定層及び前記第１の記録層に挟まれた第１のトンネルバリア層とを有し、前記第１の記録層は前記第１の固定層側に位置する第１の強磁性層と第２の強磁性層と前記第１及び第２の強磁性層に挟まれた第１の非磁性層とを有する第１の磁気抵抗効果素子と、前記第１及び第２の書き込み配線間の前記第１及び第２の書き込み配線の交点に配置され、前記第１の磁気抵抗効果素子と電気的に接続され、前記第２の交差角側を向く第２の磁化容易軸を有し、第２の固定層と第２の記録層と前記第２の固定層及び前記第２の記録層に挟まれた第２のトンネルバリア層とを有する第２の磁気抵抗効果素子とを具備する。
【００１１】
本発明の第３の視点による磁気ランダムアクセスメモリの書き込み方法は、第１の方向に延在された第１の書き込み配線と、前記第１の方向と異なる第２の方向に延在され、前記第１の書き込み配線と交差することで形成された第１及び第２の交差角を有し、前記第１及び第２の交差角は前記第１の書き込み配線を境界にそれぞれ位置する第２の書き込み配線と、前記第１及び第２の書き込み配線間の前記第１及び第２の書き込み配線の交点に配置され、前記第１の交差角側を向く第１の磁化容易軸を有し、第１の固定層と第１の記録層と前記第１の固定層及び前記第１の記録層に挟まれた第１のトンネルバリア層とを有し、前記第１の記録層は前記第１の固定層側に位置する第１の強磁性層と第２の強磁性層と前記第１及び第２の強磁性層に挟まれた第１の非磁性層とを有する第１の磁気抵抗効果素子と、前記第１及び第２の書き込み配線間の前記第１及び第２の書き込み配線の交点に配置され、前記第１の磁気抵抗効果素子と電気的に接続され、前記第２の交差角側を向く第２の磁化容易軸を有し、第２の固定層と第２の記録層と前記第２の固定層及び前記第２の記録層に挟まれた第２のトンネルバリア層とを有し、前記第２の記録層は前記第２の固定層側に位置する第３の強磁性層と第４の強磁性層と前記第３及び第４の強磁性層に挟まれた第２の非磁性層とを有する第２の磁気抵抗効果素子とを具備し、前記第１の書き込み配線に第１の書き込み電流を流し、前記第２の書き込み配線に第２の書き込み電流を流すことによって、前記第１及び第２の磁気抵抗効果素子に２値の情報をそれぞれ書き込む書き込み方法であって、前記第１及び第２の書き込み電流の一方の電流を前記第１及び第２の書き込み電流の他方の電流より先に流し始める工程と、前記一方の電流に加えて前記他方の電流を流す工程と、前記一方の電流を前記他方の電流より先に書き込み閾値以下の電流値に下げる工程と、前記他方の電流を前記書き込み閾値以下の前記電流値に下げる工程とを具備し、前記第１及び第２の書き込み電流を流し始める又は流し終える順番と前記第１及び第２の書き込み電流を流す方向とを変えることによって、前記第１及び第２の磁気抵抗効果素子の一方のみに選択的にトグル動作を起こさせる。
【００１２】
本発明の第４の視点による磁気ランダムアクセスメモリの書き込み方法は、第１の方向に延在された第１の書き込み配線と、前記第１の方向と異なる第２の方向に延在され、前記第１の書き込み配線と交差することで形成された第１及び第２の交差角を有し、前記第１及び第２の交差角は前記第１の書き込み配線を境界にそれぞれ位置する第２の書き込み配線と、前記第１及び第２の書き込み配線間の前記第１及び第２の書き込み配線の交点に配置され、前記第１の交差角側を向く第１の磁化容易軸を有し、第１の固定層と第１の記録層と前記第１の固定層及び前記第１の記録層に挟まれた第１のトンネルバリア層とを有し、前記第１の記録層は前記第１の固定層側に位置する第１の強磁性層と第２の強磁性層と前記第１及び第２の強磁性層に挟まれた第１の非磁性層とを有する第１の磁気抵抗効果素子と、前記第１及び第２の書き込み配線間の前記第１及び第２の書き込み配線の交点に配置され、前記第１の磁気抵抗効果素子と電気的に接続され、前記第２の交差角側を向く第２の磁化容易軸を有し、第２の固定層と第２の記録層と前記第２の固定層及び前記第２の記録層に挟まれた第２のトンネルバリア層とを有する第２の磁気抵抗効果素子とを具備し、前記第１の書き込み配線に第１の書き込み電流を流し、前記第２の書き込み配線に第２の書き込み電流を流すことによって、前記第１及び第２の磁気抵抗効果素子に２値の情報をそれぞれ書き込む書き込み方法であって、前記第１及び第２の書き込み電流の一方の電流を前記第１及び第２の書き込み電流の他方の電流より先に流し始める工程と、前記一方の電流に加えて前記他方の電流を流す工程と、前記一方の電流を前記他方の電流より先に書き込み閾値以下の電流値に下げる工程と、前記他方の電流を前記書き込み閾値以下の前記電流値に下げる工程とを具備し、前記第１及び第２の書き込み電流を流し始める又は流し終える順番と前記第１及び第２の書き込み電流を流す方向とを変えることによって、第１及び第２の動作を選択的に独立して行い、前記第１の動作は、前記第１の磁気抵抗効果素子にトグル動作を起こさせる又は起こさせないことであり、前記第２の動作は、前記第２の磁気抵抗効果素子の前記第２の記録層の磁化を反転させることである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、トグル型セルの多値記憶を実現することが可能な磁気ランダムアクセスメモリ及び磁気ランダムアクセスメモリの書き込み方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。
【００１５】
［１］第１の実施形態
［１−１］構造
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの平面図を示す。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩＢ−ＩＢ線に沿った磁気ランダムアクセスメモリの断面図を示す。以下に、本発明の第１の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの構造について説明する。
【００１６】
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１の書き込み配線Ｗ１がＸ方向に延在され、第２の書き込み配線Ｗ２がＹ方向（例えばＸ方向に対してほぼ垂直方向）に延在される。これら第１及び第２の書き込み配線Ｗ１，Ｗ２間の第１及び第２の書き込み配線Ｗ１，Ｗ２の交点に、直列接続された第１及び第２のＭＴＪ（Magnetic Tunnel Junction）素子１００，２００が配置される。第１のＭＴＪ素子１００と第１の書き込み配線Ｗ１との間には、上部電極２０が配置される。この上部電極２０の一端は第１のＭＴＪ素子１００の一端と電気的に接続され、上部電極２０の他端はコンタクト２１を介してセンスアンプ４１の入力の一方に電気的に接続される。このセンスアンプ４１の入力の他方にはリファレンスセル４２が接続される。第２のＭＴＪ素子２００と第２の書き込み配線Ｗ２との間には、下部電極３０が配置される。この下部電極３０の一端は第２のＭＴＪ素子の一端と電気的に接続され、下部電極３０の他端はコンタクト３１を介して読み出し用のスイッチング素子（例えばトランジスタ）４３に接続される。第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００間には中間電極（金属層）１０が配置され、この中間電極１０は第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００と接続される。第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００は、第１及び第２の書き込み配線Ｗ１，Ｗ２と電気的に分離されている。
【００１７】
第１及び第２の書き込み配線Ｗ１，Ｗ２が交差することで第１及び第２の交差角θ１，θ２（例えばθ１，θ２＝９０度）が形成されている。この第１及び第２の交差角θ１，θ２は、第１の書き込み配線Ｗ１又は第２の書き込み配線Ｗ２を境界にしてそれぞれ位置している。そして、第１のＭＴＪ素子１００の磁化容易軸ｅ１は第１の交差角θ１側（例えば第１の交差角θ１を２等分する方向）を向き、第２のＭＴＪ素子２００の磁化容易軸ｅ２は第２の交差角θ２側（例えば第２の交差角θ２を２等分する方向）を向く。
【００１８】
従って、第１のＭＴＪ素子１００の磁化容易軸ｅ１の方向はＸ方向又はＹ方向に対してほぼ４５度傾き、第２のＭＴＪ素子２００の磁化容易軸ｅ２の方向はＸ方向又はＹ方向に対してほぼ４５度傾き、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００の磁化容易軸ｅ１，ｅ２の方向は互いにほぼ９０度異なる。尚、磁化容易軸ｅ１，ｅ２の方向はＸ方向又はＹ方向に対してほぼ４５度傾くことに限定されず、３０度から６０度程度の範囲であればよい。
【００１９】
第１のＭＴＪ素子１００は、磁化が一軸方向に固定された第１の固定層（ピン層）１１１、磁化が反転する第１の記録層（フリー層）１１３、第１の固定層１１１及び第１の記録層１１３に挟まれた第１のトンネルバリア層１１２、第１の固定層１１１の磁化を固定する反強磁性層（図示せず）を有する。ここで、第１の記録層１１３は、非磁性層１１３ｂとこの非磁性層１１３ｂを挟む強磁性層（軟磁性層）１１３ａ，１１３ｃとで構成され、強磁性層１１３ａ，１１３ｃの磁化方向が互いに反対を向くように磁気結合された反強磁性結合構造となっている。尚、強磁性層１１３ａ，１１３ｃの磁化方向が互いに同じ方向を向くように磁気結合された強磁性結合構造であってもよい。
【００２０】
第２のＭＴＪ素子２００は、磁化が一軸方向に固定された第２の固定層２１１、磁化が反転する第２の記録層２１３、第２の固定層２１１及び第２の記録層２１３に挟まれた第２のトンネルバリア層２１２、第２の固定層２１１の磁化を固定する反強磁性層（図示せず）を有する。ここで、第２の記録層２１３は、非磁性層２１３ｂとこの非磁性層２１３ｂを挟む強磁性層（軟磁性層）２１３ａ，２１３ｃとで構成され、強磁性層２１３ａ，２１３ｃの磁化方向が互いに反対を向くように磁気結合された反強磁性結合構造となっている。尚、強磁性層２１３ａ，２１３ｃの磁化方向が互いに同じ方向を向くように磁気結合された強磁性結合構造であってもよい。
【００２１】
第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００は、長辺と短辺とを有する平面形状（例えばアスペクト比が２以上の楕円又は角の丸まった長方形状）である。従って、形状異方性を利用して、平面形状における長辺方向が磁化容易軸ｅ１，ｅ２の方向となっている。
【００２２】
中間電極１０の平面形状は、例えば四角形である。そして、中間電極１０の平面形状の面積は、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００の平面形状の面積よりも大きい。
【００２３】
［１−２］書き込み方法
本発明の第１の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの書き込み方法は、いわゆるトグル（toggle）書き込み方法を採用する。
【００２４】
このトグル書き込み方法は、第１の書き込み配線に第１の書き込み電流を流し、第２の書き込み配線に第２の書き込み電流を流し、これらの電流により発生した磁場をＭＴＪ素子に印加することによって、ＭＴＪ素子に２値の情報を書き込む電流磁場書き込み方法である。そして、第１及び第２の書き込み電流の一方の電流を第１及び第２の書き込み電流の他方の電流より先に流し始め、続けて、一方の電流に加えて他方の電流を流す。そして、一方の電流を他方の電流より先に書き込み閾値以下の電流値に下げ、続けて、他方の電流を書き込み閾値以下の電流値に下げる。
【００２５】
このような書き込み動作を行うと、選択セルのデータは、“１”→“０”→“１”→“０”と順に状態が遷移する。換言すると、書き込みにより、ＭＴＪ素子の記憶層（固定層側に面した側の強磁性層）と固定層（固定層が非磁性層に分断された複数の強磁性層からなっていた場合、記憶層側に面した側の強磁性層）の相対的な磁化方向が、平行状態（パラレル状態）のときは反平行状態（アンチパラレル状態）に変化し、反平行状態のときは平行状態に変化する。
【００２６】
従って、任意のデータを書き込む前に、選択セルに書き込まれているデータをまず読み出す必要がある。その結果、任意のデータが既に書き込まれていた場合は書き込みを行わず、任意のデータと異なるデータが書き込まれていた場合はデータを書き換えるために書き込みを行う。例えば、選択セルに“０”データを書き込む場合、その選択セルのデータを読み出した結果、“０”データのときは書き込みが行われず、“１”データのときだけ書き込みが行われる。同様に、選択セルに“１”データを書き込む場合、その選択セルのデータを読み出した結果、“１”データのときは書き込みが行われず、“０”データのときだけ書き込みが行われる。
【００２７】
上記のような確認サイクルの結果、書き込み動作が必要となった場合、すなわち選択セルのデータを書き換える必要が生じた場合における書き込み方法について、ここでは説明する。
【００２８】
尚、本実施形態では、一対の書き込み配線Ｗ１，Ｗ２間に２つのＭＴＪ素子１００，２００が存在する。従って、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００の一方の選択素子のみのデータをトグル動作で書き換えるためには、第１及び第２の書き込み電流を流し始める又は流し終える順番と書き込み電流を流す方向とを変えることで、選択素子の記録層の磁化を一方向に回転させる。このような書き込み方法について、以下に具体的に説明する。
【００２９】
［１−２ａ］第１のＭＴＪ素子に書き込む場合
第１のＭＴＪ素子１００のデータのみを書き換えるための書き込み方法の概要は、次の通りである。
【００３０】
第１及び第２の書き込み配線Ｗ１，Ｗ２の一方を第１の選択配線、他方を第２の選択配線とした場合、第１の選択配線をオンして書き込み電流を流す（第１サイクル）→第２の選択配線をオンして書き込み電流を流す（第２サイクル）→第１の選択配線をオフして書き込み電流を流すのを止める（第３サイクル）→第２の選択配線をオフして書き込み電流を流すのを止める（第４サイクル）。そして、第２サイクルの書き込み電流による合成磁場の印加方向を第１のＭＴＪ素子１００の磁化容易軸ｅ１の方向となるように書き込み電流の流す方向を調整し、記録層１１３の磁化を一方向（時計回り又は反時計回り）に回転させる。このような第１のＭＴＪ素子１００の書き込み方法例１乃至４を以下に説明する。
【００３１】
（ａ）第１のＭＴＪ素子の書き込み方法例１
第１のＭＴＪ素子の書き込み方法例１は、第２サイクルの書き込み電流による合成磁場の印加方向を第１のＭＴＪ素子１００の磁化容易軸ｅ１の方向である紙面の右斜め上方向（以下、この方向を「４５度方向」と規定する）となるように書き込み電流の流す方向を調整し、記録層１１３の磁化を「時計回り」に回転させながらデータを書き換える例である。
【００３２】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る第１のＭＴＪ素子の書き込み方法例１の各サイクルの説明図を示す。以下に、第１のＭＴＪ素子の書き込み方法例１について説明する。
【００３３】
（初期状態）
まず、初期状態では、図２の（ａ）に示すように、第１及び第２の書き込み配線Ｗ１，Ｗ２はともにオフしており、両者には書き込み電流Ｉ１，Ｉ２が流れていない無通電状態となっている。
【００３４】
この場合、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３において、上部強磁性層１１３ｃの磁化と下部強磁性層１１３ａの磁化とは、反強磁性結合しているため、１８０度異なる方向を向いている。すなわち、上部強磁性層１１３ｃの磁化は４５度方向を向き、下部強磁性層１１３ａの磁化は紙面の左斜め下方向（以下、この方向を２２５度方向と規定する）を向く。この場合、両者の磁化（磁気モーメント）はつり合っているため、初期状態では記録層１１３中の合成磁化（合成磁気モーメント）はほぼ０となっている。
【００３５】
一方、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３において、上部強磁性層２１３ｃの磁化と下部強磁性層２１３ａの磁化とは、反強磁性結合しているため、１８０度異なる方向を向いている。すなわち、上部強磁性層２１３ｃの磁化は紙面の左斜め上方向（以下、この方向を１３５度方向と規定する）を向き、下部強磁性層２１３ａの磁化は紙面の右斜め下方向（以下、この方向を３１５度方向と規定する）を向く。この場合、両者の磁化（磁気モーメント）はつり合っているため、初期状態では記録層２１３中の合成磁化（合成磁気モーメント）はほぼ０となっている。
【００３６】
尚、このような初期状態を、本実施形態では、第１のＭＴＪ素子１００に例えば“１”データが書き込まれた状態と規定し、第２のＭＴＪ素子２００に例えば“１”データが書き込まれた状態と規定する。
【００３７】
（第１サイクル）
次に、第１サイクルでは、図２の（ｂ）に示すように、第１の書き込み配線Ｗ１のみをオンし、例えば紙面の右方向（以下、この方向を０度方向と規定する）に書き込み電流Ｉ１を流す。これにより、紙面の上方向（以下、この方向を９０度方向と規定する）に磁場が発生する。
【００３８】
この場合、書き込み電流Ｉ１で生成された磁場によって、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３に合成磁化（合成磁気モーメント）が出現する。そして、この合成磁化は、生成された磁場方向（９０度方向）を向くように、上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、時計回りに回転する。
【００３９】
一方、書き込み電流Ｉ１で生成された磁場によって、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３に合成磁化（合成磁気モーメント）が出現する。そして、この合成磁化は、生成された磁場方向（９０度方向）を向くように、上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、反時計回りに回転する。
【００４０】
（第２サイクル）
次に、第２サイクルでは、図２の（ｃ）に示すように、第１の書き込み配線Ｗ１はオンにしたまま０度方向に書き込み電流Ｉ１を流し続け、さらに第２の書き込み配線Ｗ２もオンにして９０度方向に書き込み電流Ｉ２を流し始める。これにより、４５度方向に合成磁場が発生する。
【００４１】
この場合、書き込み電流Ｉ１，Ｉ２で生成された合成磁場の方向（４５度方向）を向くように、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、さらに時計回りに回転する。その結果、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、４５度方向を向く。
【００４２】
一方、書き込み電流Ｉ１，Ｉ２で生成された合成磁場の方向（４５度方向）を向くように、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、今度は時計回りに回転する。その結果、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、４５度方向を向く。
【００４３】
（第３サイクル）
次に、第３サイクルでは、図２の（ｄ）に示すように、第１の書き込み配線Ｗ１はオフにして書き込み電流Ｉ１を流すのを止め、第２の書き込み配線Ｗ２のみはオンにしたまま９０度方向に書き込み電流Ｉ２を流し続ける。これにより、０度方向に磁場が発生する。
【００４４】
この場合、書き込み電流Ｉ２で生成された磁場の方向（０度方向）を向くように、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、さらに時計回りに回転する。その結果、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、０度方向を向く。
【００４５】
一方、書き込み電流Ｉ２で生成された磁場の方向（０度方向）を向くように、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、さらに時計回りに回転する。その結果、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、０度方向を向く。
【００４６】
（第４サイクル）
次に、第４サイクルでは、図２の（ｅ）に示すように、第１の書き込み配線Ｗ１及び第２の書き込み配線Ｗ２をともにオフにし、両者に書き込み電流Ｉ１，Ｉ２を流すのを止める。従って、第４サイクルでは印加磁場が消滅する。
【００４７】
この場合、第１のＭＴＪ素子１００の上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａの磁化は、４５度方向及び２２５度方向（磁化容易軸ｅ１の方向）の安定な状態に戻ろうとする。つまり、上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａは時計回りにさらに回転し、上部強磁性層１１３ｃの磁化方向は２２５度方向、下部強磁性層１１３ａの磁化方向は４５度方向を向く。従って、上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａの磁化は１８０度異なる方向を向いており、両者の磁化（磁気モーメント）はつり合っているため、記録層１１３中の合成磁化（合成磁気モーメント）はほぼ０となる。このように、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の磁化は初期状態から１８０度回転された磁化方向となり、第１のＭＴＪ素子１００のデータを“１”から“０”に書き換えることができる。
【００４８】
一方、第２のＭＴＪ素子２００の上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａの磁化は、１３５度方向及び３１５度方向（磁化容易軸ｅ１の方向）の安定な状態に戻ろうとする。つまり、上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａは反時計回りに回転し、上部強磁性層２１３ｃの磁化方向は１３５度方向、下部強磁性層２１３ａの磁化方向は３１５度方向を向く。従って、上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａの磁化は１８０度異なる方向を向いており、両者の磁化（磁気モーメント）はつり合っているため、記録層２１３中の合成磁化（合成磁気モーメント）はほぼ０となる。このように、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の磁化は初期状態と同じ磁化方向となり、第２のＭＴＪ素子２００のデータは“１”状態のままであり、第２のＭＴＪ素子２００のデータは書き換わらない。
【００４９】
（ｂ）第１のＭＴＪ素子の書き込み方法例２
第１のＭＴＪ素子の書き込み方法例２は、第２サイクルの書き込み電流による合成磁場の印加方向を第１のＭＴＪ素子１００の磁化容易軸ｅ１の方向である「２２５度方向」となるように書き込み電流の流す方向を調整し、記録層１１３の磁化を「時計回り」に回転させながらデータを書き換える例である。
【００５０】
図３は、本発明の第１の実施形態に係る第１のＭＴＪ素子の書き込み方法例２の各サイクルの説明図を示す。以下に、第１のＭＴＪ素子の書き込み方法例２について説明する。
【００５１】
（初期状態）
まず、初期状態では、図３の（ａ）に示すように、第１及び第２の書き込み配線Ｗ１，Ｗ２はともにオフしており、両者には書き込み電流Ｉ１，Ｉ２が流れていない無通電状態となっている。
【００５２】
この場合、図２の（ａ）と同様、第１のＭＴＪ素子１００の上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａの磁化は４５度及び２２５度方向をそれぞれ向き、第２のＭＴＪ素子２００の上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａの磁化は１３５度及び３１５度方向を向く。
【００５３】
（第１サイクル）
次に、第１サイクルでは、図３の（ｂ）に示すように、第１の書き込み配線Ｗ１のみをオンし、例えば１８０度方向に書き込み電流Ｉ１を流す。これにより、２７０度方向に磁場が発生する。
【００５４】
この場合、書き込み電流Ｉ１で生成された磁場によって、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３に合成磁化（合成磁気モーメント）が出現する。そして、この合成磁化は、生成された磁場方向（２７０度方向）を向くように、上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、時計回りに回転する。
【００５５】
一方、書き込み電流Ｉ１で生成された磁場によって、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３に合成磁化（合成磁気モーメント）が出現する。そして、この合成磁化は、生成された磁場方向（２７０度方向）を向くように、上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、反時計回りに回転する。
【００５６】
（第２サイクル）
次に、第２サイクルでは、図３の（ｃ）に示すように、第１の書き込み配線Ｗ１はオンにしたまま１８０度方向に書き込み電流Ｉ１を流し続け、さらに第２の書き込み配線Ｗ２もオンにして２７０度方向に書き込み電流Ｉ２を流し始める。これにより、２２５度方向に合成磁場が発生する。
【００５７】
この場合、書き込み電流Ｉ１，Ｉ２で生成された合成磁場の方向（２２５度方向）を向くように、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、さらに時計回りに回転する。その結果、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、２２５度方向を向く。
【００５８】
一方、書き込み電流Ｉ１，Ｉ２で生成された合成磁場の方向（２２５度方向）を向くように、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、今度は時計回りに回転する。その結果、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、２２５度方向を向く。
【００５９】
（第３サイクル）
次に、第３サイクルでは、図３の（ｄ）に示すように、第１の書き込み配線Ｗ１はオフにして書き込み電流Ｉ１を流すのを止め、第２の書き込み配線Ｗ２のみはオンにしたまま２７０度方向に書き込み電流Ｉ２を流し続ける。これにより、１８０度方向に磁場が発生する。
【００６０】
この場合、書き込み電流Ｉ２で生成された磁場の方向（１８０度方向）を向くように、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、さらに時計回りに回転する。その結果、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、１８０度方向を向く。
【００６１】
一方、書き込み電流Ｉ２で生成された磁場の方向（１８０度方向）を向くように、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、さらに時計回りに回転する。その結果、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、１８０度方向を向く。
【００６２】
（第４サイクル）
次に、第４サイクルでは、図３の（ｅ）に示すように、第１の書き込み配線Ｗ１及び第２の書き込み配線Ｗ２をともにオフにし、両者に書き込み電流Ｉ１，Ｉ２を流すのを止める。従って、第４サイクルでは印加磁場が消滅する。
【００６３】
この場合、第１のＭＴＪ素子１００の上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａの磁化は、４５度方向及び２２５度方向（磁化容易軸ｅ１の方向）の安定な状態に戻ろうとする。つまり、上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａは時計回りにさらに回転し、上部強磁性層１１３ｃの磁化方向は２２５度方向、下部強磁性層１１３ａの磁化方向は４５度方向を向く。従って、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の磁化は初期状態から１８０度回転された磁化方向となり、第１のＭＴＪ素子１００のデータを“１”から“０”に書き換えることができる。
【００６４】
一方、第２のＭＴＪ素子２００の上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａの磁化は、１３５度方向及び３１５度方向（磁化容易軸ｅ１の方向）の安定な状態に戻ろうとする。つまり、上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａは反時計回りに回転し、上部強磁性層２１３ｃの磁化方向は１３５度方向、下部強磁性層２１３ａの磁化方向は３１５度方向を向く。従って、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の磁化は初期状態と同じ磁化方向となり、第２のＭＴＪ素子２００のデータは“１”状態のままであり、第２のＭＴＪ素子２００のデータは書き換わらない。
【００６５】
（ｃ）第１のＭＴＪ素子の書き込み方法例３
第１のＭＴＪ素子の書き込み方法例３は、第２サイクルの書き込み電流による合成磁場の印加方向を第１のＭＴＪ素子１００の磁化容易軸ｅ１の方向である「４５度方向」となるように書き込み電流の流す方向を調整し、記録層１１３の磁化を「反時計回り」に回転させながらデータを書き換える例である。
【００６６】
図４は、本発明の第１の実施形態に係る第１のＭＴＪ素子の書き込み方法例３の各サイクルの説明図を示す。以下に、第１のＭＴＪ素子の書き込み方法例３について説明する。
【００６７】
（初期状態）
まず、初期状態では、図４の（ａ）に示すように、第１及び第２の書き込み配線Ｗ１，Ｗ２はともにオフしており、両者には書き込み電流Ｉ１，Ｉ２が流れていない無通電状態となっている。
【００６８】
この場合、図２の（ａ）と同様、第１のＭＴＪ素子１００の上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａの磁化は４５度及び２２５度方向をそれぞれ向き、第２のＭＴＪ素子２００の上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａの磁化は１３５度及び３１５度方向を向く。
【００６９】
（第１サイクル）
次に、第１サイクルでは、図４の（ｂ）に示すように、第２の書き込み配線Ｗ２のみをオンし、例えば９０度方向に書き込み電流Ｉ２を流す。これにより、０度方向に磁場が発生する。
【００７０】
この場合、書き込み電流Ｉ２で生成された磁場によって、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３に合成磁化（合成磁気モーメント）が出現する。そして、この合成磁化は、生成された磁場方向（０度方向）を向くように、上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、反時計回りに回転する。
【００７１】
一方、書き込み電流Ｉ２で生成された磁場によって、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３に合成磁化（合成磁気モーメント）が出現する。そして、この合成磁化は、生成された磁場方向（０度方向）を向くように、上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、時計回りに回転する。
【００７２】
（第２サイクル）
次に、第２サイクルでは、図４の（ｃ）に示すように、第２の書き込み配線Ｗ２はオンにしたまま９０度方向に書き込み電流Ｉ２を流し続け、さらに第１の書き込み配線Ｗ１もオンにして０度方向に書き込み電流Ｉ１を流し始める。これにより、４５度方向に合成磁場が発生する。
【００７３】
この場合、書き込み電流Ｉ１，Ｉ２で生成された合成磁場の方向（４５度方向）を向くように、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、反時計回りに回転する。その結果、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、４５度方向を向く。
【００７４】
一方、書き込み電流Ｉ１，Ｉ２で生成された合成磁場の方向（４５度方向）を向くように、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、今度は反時計回り回転する。その結果、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、４５度方向を向く。
【００７５】
（第３サイクル）
次に、第３サイクルでは、図４の（ｄ）に示すように、第２の書き込み配線Ｗ２はオフにして書き込み電流Ｉ２を流すのを止め、第１の書き込み配線Ｗ１のみはオンにしたまま０度方向に書き込み電流Ｉ１を流し続ける。これにより、９０度方向に磁場が発生する。
【００７６】
この場合、書き込み電流Ｉ１で生成された磁場の方向（９０度方向）を向くように、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、さらに反時計回りに回転する。その結果、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、９０度方向を向く。
【００７７】
一方、書き込み電流Ｉ１で生成された磁場の方向（９０度方向）を向くように、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、さらに反時計回りに回転する。その結果、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、９０度方向を向く。
【００７８】
（第４サイクル）
次に、第４サイクルでは、図４の（ｅ）に示すように、第１の書き込み配線Ｗ１及び第２の書き込み配線Ｗ２をともにオフにし、両者に書き込み電流Ｉ１，Ｉ２を流すのを止める。従って、第４サイクルでは印加磁場が消滅する。
【００７９】
この場合、第１のＭＴＪ素子１００の上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａの磁化は、４５度方向及び２２５度方向（磁化容易軸ｅ１の方向）の安定な状態に戻ろうとする。つまり、上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａはさらに反時計回りに回転し、上部強磁性層１１３ｃの磁化方向は４５度方向、下部強磁性層１１３ａの磁化方向は２２５度方向を向く。従って、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の磁化は初期状態から１８０度回転された磁化方向となり、第１のＭＴＪ素子１００のデータを“１”から“０”に書き換えることができる。
【００８０】
一方、第２のＭＴＪ素子２００の上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａの磁化は、１３５度方向及び３１５度方向（磁化容易軸ｅ１の方向）の安定な状態に戻ろうとする。つまり、上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａは時計回りに回転し、上部強磁性層２１３ｃの磁化方向は３１５度方向、下部強磁性層２１３ａの磁化方向は１３５度方向を向く。従って、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の磁化は初期状態と同じ磁化方向となり、第２のＭＴＪ素子２００のデータは“１”状態のままであり、第２のＭＴＪ素子２００のデータは書き換わらない。
【００８１】
（ｄ）第１のＭＴＪ素子の書き込み方法例４
第１のＭＴＪ素子の書き込み方法例４は、第２サイクルの書き込み電流による合成磁場の印加方向を第１のＭＴＪ素子１００の磁化容易軸ｅ１の方向である「２２５度方向」となるように書き込み電流の流す方向を調整し、記録層１１３の磁化を「反時計回り」に回転させながらデータを書き換える例である。
【００８２】
図５は、本発明の第１の実施形態に係る第１のＭＴＪ素子の書き込み方法例４の各サイクルの説明図を示す。以下に、第１のＭＴＪ素子の書き込み方法例４について説明する。
【００８３】
（初期状態）
まず、初期状態では、図５の（ａ）に示すように、第１及び第２の書き込み配線Ｗ１，Ｗ２はともにオフしており、両者には書き込み電流Ｉ１，Ｉ２が流れていない無通電状態となっている。
【００８４】
この場合、図２の（ａ）と同様、第１のＭＴＪ素子１００の上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａの磁化は４５度及び２２５度方向をそれぞれ向き、第２のＭＴＪ素子２００の上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａの磁化は１３５度及び３１５度方向を向く。
【００８５】
（第１サイクル）
次に、第１サイクルでは、図５の（ｂ）に示すように、第２の書き込み配線Ｗ２のみをオンし、例えば２７０度方向に書き込み電流Ｉ２を流す。これにより、１８０度方向に磁場が発生する。
【００８６】
この場合、書き込み電流Ｉ２で生成された磁場によって、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３に合成磁化（合成磁気モーメント）が出現する。そして、この合成磁化は、生成された磁場方向（１８０度方向）を向くように、上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、反時計回りに回転する。
【００８７】
一方、書き込み電流Ｉ２で生成された磁場によって、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３に合成磁化（合成磁気モーメント）が出現する。そして、この合成磁化は、生成された磁場方向（１８０度方向）を向くように、上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、時計回りに回転する。
【００８８】
（第２サイクル）
次に、第２サイクルでは、図５の（ｃ）に示すように、第２の書き込み配線Ｗ２はオンにしたまま２７０度方向に書き込み電流Ｉ２を流し続け、さらに第１の書き込み配線Ｗ１もオンにして１８０度方向に書き込み電流Ｉ１を流し始める。これにより、２２５度方向に合成磁場が発生する。
【００８９】
この場合、書き込み電流Ｉ１，Ｉ２で生成された合成磁場の方向（２２５度方向）を向くように、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、反時計回りにさらに回転する。その結果、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、２２５度方向を向く。
【００９０】
一方、書き込み電流Ｉ１，Ｉ２で生成された合成磁場の方向（２２５度方向）を向くように、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、今度は反時計回り回転する。その結果、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、２２５度方向を向く。
【００９１】
（第３サイクル）
次に、第３サイクルでは、図５の（ｄ）に示すように、第２の書き込み配線Ｗ２はオフにして書き込み電流Ｉ２を流すのを止め、第１の書き込み配線Ｗ１のみはオンにしたまま１８０度方向に書き込み電流Ｉ１を流し続ける。これにより、２７０度方向に磁場が発生する。
【００９２】
この場合、書き込み電流Ｉ１で生成された磁場の方向（２７０度方向）を向くように、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、さらに反時計回りに回転する。その結果、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、２７０度方向を向く。
【００９３】
一方、書き込み電流Ｉ１で生成された磁場の方向（２７０度方向）を向くように、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、さらに反時計回りに回転する。その結果、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、２７０度方向を向く。
【００９４】
（第４サイクル）
次に、第４サイクルでは、図５の（ｅ）に示すように、第１の書き込み配線Ｗ１及び第２の書き込み配線Ｗ２をともにオフにし、両者に書き込み電流Ｉ１，Ｉ２を流すのを止める。従って、第４サイクルでは印加磁場が消滅する。
【００９５】
この場合、第１のＭＴＪ素子１００の上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａの磁化は、４５度方向及び２２５度方向（磁化容易軸ｅ１の方向）の安定な状態に戻ろうとする。つまり、上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａはさらに反時計回りに回転し、上部強磁性層１１３ｃの磁化方向は２２５度方向、下部強磁性層１１３ａの磁化方向は４５度方向を向く。従って、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の磁化は初期状態から１８０度回転された磁化方向となり、第１のＭＴＪ素子１００のデータを“１”から“０”に書き換えることができる。
【００９６】
一方、第２のＭＴＪ素子２００の上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａの磁化は、１３５度方向及び３１５度方向（磁化容易軸ｅ１の方向）の安定な状態に戻ろうとする。つまり、上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａは時計回りに回転し、上部強磁性層２１３ｃの磁化方向は１３５度方向、下部強磁性層２１３ａの磁化方向は３１５度方向を向く。従って、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の磁化は初期状態と同じ磁化方向となり、第２のＭＴＪ素子２００のデータは“１”状態のままであり、第２のＭＴＪ素子２００のデータは書き換わらない。
【００９７】
［１−２ｂ］第２のＭＴＪ素子に書き込む場合
第２のＭＴＪ素子２００のデータのみを書き換えるための書き込み方法の概要は、次の通りである。
【００９８】
第１及び第２の書き込み配線Ｗ１，Ｗ２の一方を第１の選択配線、他方を第２の選択配線とした場合、第１の選択配線をオンして書き込み電流を流す（第１サイクル）→第２の選択配線をオンして書き込み電流を流す（第２サイクル）→第１の選択配線をオフして書き込み電流を流すのを止める（第３サイクル）→第２の選択配線をオフして書き込み電流を流すのを止める（第４サイクル）。そして、第２サイクルの書き込み電流による合成磁場の印加方向を第２のＭＴＪ素子２００の磁化容易軸ｅ２の方向となるように書き込み電流の流す方向を調整し、記録層２１３の磁化を一方向（時計回り又は反時計回り）に回転させる。このような第２のＭＴＪ素子２００の書き込み方法例１乃至４を以下に説明する。
【００９９】
（ａ）第２のＭＴＪ素子の書き込み方法例１
第２のＭＴＪ素子の書き込み方法例１は、第２サイクルの書き込み電流による合成磁場の印加方向を第２のＭＴＪ素子２００の磁化容易軸ｅ２の方向である「３１５度方向」となるように書き込み電流の流す方向を調整し、記録層２１３の磁化を「時計回り」に回転させながらデータを書き換える例である。
【０１００】
図６は、本発明の第１の実施形態に係る第２のＭＴＪ素子の書き込み方法例１の各サイクルの説明図を示す。以下に、第２のＭＴＪ素子の書き込み方法例１について説明する。
【０１０１】
（初期状態）
まず、初期状態では、図６の（ａ）に示すように、第１及び第２の書き込み配線Ｗ１，Ｗ２はともにオフしており、両者には書き込み電流Ｉ１，Ｉ２が流れていない無通電状態となっている。
【０１０２】
この場合、図２の（ａ）と同様、第１のＭＴＪ素子１００の上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａの磁化は４５度及び２２５度方向をそれぞれ向き、第２のＭＴＪ素子２００の上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａの磁化は１３５度及び３１５度方向を向く。
【０１０３】
（第１サイクル）
次に、第１サイクルでは、図６の（ｂ）に示すように、第２の書き込み配線Ｗ２のみをオンし、例えば９０度方向に書き込み電流Ｉ２を流す。これにより、０度方向に磁場が発生する。
【０１０４】
この場合、書き込み電流Ｉ２で生成された磁場によって、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３に合成磁化（合成磁気モーメント）が出現する。そして、この合成磁化は、生成された磁場方向（０度方向）を向くように、上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、時計回りに回転する。
【０１０５】
一方、書き込み電流Ｉ２で生成された磁場によって、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３に合成磁化（合成磁気モーメント）が出現する。そして、この合成磁化は、生成された磁場方向（０度方向）を向くように、上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、反時計回りに回転する。
【０１０６】
（第２サイクル）
次に、第２サイクルでは、図６の（ｃ）に示すように、第２の書き込み配線Ｗ２はオンにしたまま９０度方向に書き込み電流Ｉ２を流し続け、さらに第１の書き込み配線Ｗ１もオンにして紙面の左方向（以下、この方向を１８０度方向と規定する）に書き込み電流Ｉ１を流し始める。これにより、３１５度方向に合成磁場が発生する。
【０１０７】
この場合、書き込み電流Ｉ１，Ｉ２で生成された合成磁場の方向（３１５度方向）を向くように、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、さらに時計回り回転する。その結果、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、３１５度方向を向く。
【０１０８】
一方、書き込み電流Ｉ１，Ｉ２で生成された合成磁場の方向（３１５度方向）を向くように、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、今度は時計回りに回転する。その結果、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、３１５度方向を向く。
【０１０９】
（第３サイクル）
次に、第３サイクルでは、図６の（ｄ）に示すように、第２の書き込み配線Ｗ２はオフにして書き込み電流Ｉ２を流すのを止め、第１の書き込み配線Ｗ１のみはオンにしたまま１８０度方向に書き込み電流Ｉ１を流し続ける。これにより、紙面の下方向（以下、この方向を２７０度方向と規定する）に磁場が発生する。
【０１１０】
この場合、書き込み電流Ｉ１で生成された磁場の方向（２７０度方向）を向くように、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、さらに時計回りに回転する。その結果、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、２７０度方向を向く。
【０１１１】
一方、書き込み電流Ｉ１で生成された磁場の方向（２７０度方向）を向くように、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、さらに時計回りに回転する。その結果、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、２７０度方向を向く。
【０１１２】
（第４サイクル）
次に、第４サイクルでは、図６の（ｅ）に示すように、第１の書き込み配線Ｗ１及び第２の書き込み配線Ｗ２をともにオフにし、両者に書き込み電流Ｉ１，Ｉ２を流すのを止める。従って、第４サイクルでは印加磁場が消滅する。
【０１１３】
この場合、第２のＭＴＪ素子２００の上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａの磁化は、１３５度方向及び３１５度方向（磁化容易軸ｅ２の方向）の安定な状態に戻ろうとする。つまり、上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａはさらに時計回りに回転し、上部強磁性層２１３ｃの磁化方向は３１５度方向、下部強磁性層２１３ａの磁化方向は１３５度方向を向く。従って、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の磁化は初期状態から１８０度回転された磁化方向となり、第２のＭＴＪ素子２００のデータを“１”から“０”に書き換えることができる。
【０１１４】
一方、第１のＭＴＪ素子１００の上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａの磁化は、４５度方向及び２２５度方向（磁化容易軸ｅ２の方向）の安定な状態に戻ろうとする。つまり、上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａは反時計回りに回転し、上部強磁性層１１３ｃの磁化方向は４５度方向、下部強磁性層１１３ａの磁化方向は２２５度方向を向く。従って、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の磁化は初期状態と同じ磁化方向となり、第１のＭＴＪ素子１００のデータは“１”状態のままであり、第１のＭＴＪ素子１００のデータは書き換わらない。
【０１１５】
（ｂ）第２のＭＴＪ素子の書き込み方法例２
第２のＭＴＪ素子の書き込み方法例２は、第２サイクルの書き込み電流による合成磁場の印加方向を第２のＭＴＪ素子２００の磁化容易軸ｅ２の方向である「１３５度方向」となるように書き込み電流の流す方向を調整し、記録層２１３の磁化を「時計回り」に回転させながらデータを書き換える例である。
【０１１６】
図７は、本発明の第１の実施形態に係る第２のＭＴＪ素子の書き込み方法例２の各サイクルの説明図を示す。以下に、第２のＭＴＪ素子の書き込み方法例２について説明する。
【０１１７】
（初期状態）
まず、初期状態では、図７の（ａ）に示すように、第１及び第２の書き込み配線Ｗ１，Ｗ２はともにオフしており、両者には書き込み電流Ｉ１，Ｉ２が流れていない無通電状態となっている。
【０１１８】
この場合、図２の（ａ）と同様、第１のＭＴＪ素子１００の上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａの磁化は４５度及び２２５度方向をそれぞれ向き、第２のＭＴＪ素子２００の上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａの磁化は１３５度及び３１５度方向を向く。
【０１１９】
（第１サイクル）
次に、第１サイクルでは、図７の（ｂ）に示すように、第２の書き込み配線Ｗ２のみをオンし、例えば２７０度方向に書き込み電流Ｉ２を流す。これにより、１８０度方向に磁場が発生する。
【０１２０】
この場合、書き込み電流Ｉ２で生成された磁場によって、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３に合成磁化（合成磁気モーメント）が出現する。そして、この合成磁化は、生成された磁場方向（１８０度方向）を向くように、上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、時計回りに回転する。
【０１２１】
一方、書き込み電流Ｉ２で生成された磁場によって、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３に合成磁化（合成磁気モーメント）が出現する。そして、この合成磁化は、生成された磁場方向（１８０度方向）を向くように、上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、反時計回りに回転する。
【０１２２】
（第２サイクル）
次に、第２サイクルでは、図７の（ｃ）に示すように、第２の書き込み配線Ｗ２はオンにしたまま２７０度方向に書き込み電流Ｉ２を流し続け、さらに第１の書き込み配線Ｗ１もオンにして０度方向に書き込み電流Ｉ１を流し始める。これにより、１３５度方向に合成磁場が発生する。
【０１２３】
この場合、書き込み電流Ｉ１，Ｉ２で生成された合成磁場の方向（１３５度方向）を向くように、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、さらに時計回り回転する。その結果、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、１３５度方向を向く。
【０１２４】
一方、書き込み電流Ｉ１，Ｉ２で生成された合成磁場の方向（１３５度方向）を向くように、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、今度は時計回りに回転する。その結果、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、１３５度方向を向く。
【０１２５】
（第３サイクル）
次に、第３サイクルでは、図７の（ｄ）に示すように、第２の書き込み配線Ｗ２はオフにして書き込み電流Ｉ２を流すのを止め、第１の書き込み配線Ｗ１のみはオンにしたまま０度方向に書き込み電流Ｉ１を流し続ける。これにより、９０度方向に磁場が発生する。
【０１２６】
この場合、書き込み電流Ｉ１で生成された磁場の方向（９０度方向）を向くように、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、さらに時計回りに回転する。その結果、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、９０度方向を向く。
【０１２７】
一方、書き込み電流Ｉ１で生成された磁場の方向（９０度方向）を向くように、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、さらに時計回りに回転する。その結果、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、９０度方向を向く。
【０１２８】
（第４サイクル）
次に、第４サイクルでは、図７の（ｅ）に示すように、第１の書き込み配線Ｗ１及び第２の書き込み配線Ｗ２をともにオフにし、両者に書き込み電流Ｉ１，Ｉ２を流すのを止める。従って、第４サイクルでは印加磁場が消滅する。
【０１２９】
この場合、第２のＭＴＪ素子２００の上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａの磁化は、１３５度方向及び３１５度方向（磁化容易軸ｅ２の方向）の安定な状態に戻ろうとする。つまり、上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａはさらに時計回りに回転し、上部強磁性層２１３ｃの磁化方向は３１５度方向、下部強磁性層２１３ａの磁化方向は１３５度方向を向く。従って、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の磁化は初期状態から１８０度回転された磁化方向となり、第２のＭＴＪ素子２００のデータを“１”から“０”に書き換えることができる。
【０１３０】
一方、第１のＭＴＪ素子１００の上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａの磁化は、４５度方向及び２２５度方向（磁化容易軸ｅ２の方向）の安定な状態に戻ろうとする。つまり、上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａは反時計回りに回転し、上部強磁性層１１３ｃの磁化方向は４５度方向、下部強磁性層１１３ａの磁化方向は２２５度方向を向く。従って、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の磁化は初期状態と同じ磁化方向となり、第１のＭＴＪ素子１００のデータは“１”状態のままであり、第１のＭＴＪ素子１００のデータは書き換わらない。
【０１３１】
（ｃ）第２のＭＴＪ素子の書き込み方法例３
第２のＭＴＪ素子の書き込み方法例３は、第２サイクルの書き込み電流による合成磁場の印加方向を第２のＭＴＪ素子２００の磁化容易軸ｅ２の方向である「３１５度方向」となるように書き込み電流の流す方向を調整し、記録層２１３の磁化を「反時計回り」に回転させながらデータを書き換える例である。
【０１３２】
図８は、本発明の第１の実施形態に係る第２のＭＴＪ素子の書き込み方法例３の各サイクルの説明図を示す。以下に、第２のＭＴＪ素子の書き込み方法例３について説明する。
【０１３３】
（初期状態）
まず、初期状態では、図８の（ａ）に示すように、第１及び第２の書き込み配線Ｗ１，Ｗ２はともにオフしており、両者には書き込み電流Ｉ１，Ｉ２が流れていない無通電状態となっている。
【０１３４】
この場合、図２の（ａ）と同様、第１のＭＴＪ素子１００の上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａの磁化は４５度及び２２５度方向をそれぞれ向き、第２のＭＴＪ素子２００の上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａの磁化は１３５度及び３１５度方向を向く。
【０１３５】
（第１サイクル）
次に、第１サイクルでは、図８の（ｂ）に示すように、第１の書き込み配線Ｗ１のみをオンし、例えば１８０度方向に書き込み電流Ｉ１を流す。これにより、２７０度方向に磁場が発生する。
【０１３６】
この場合、書き込み電流Ｉ１で生成された磁場によって、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３に合成磁化（合成磁気モーメント）が出現する。そして、この合成磁化は、生成された磁場方向（２７０度方向）を向くように、上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、反時計回りに回転する。
【０１３７】
一方、書き込み電流Ｉ１で生成された磁場によって、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３に合成磁化（合成磁気モーメント）が出現する。そして、この合成磁化は、生成された磁場方向（２７０度方向）を向くように、上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、時計回りに回転する。
【０１３８】
（第２サイクル）
次に、第２サイクルでは、図８の（ｃ）に示すように、第１の書き込み配線Ｗ１はオンにしたまま１８０度方向に書き込み電流Ｉ１を流し続け、さらに第２の書き込み配線Ｗ２もオンにして９０度方向に書き込み電流Ｉ２を流し始める。これにより、３１５度方向に合成磁場が発生する。
【０１３９】
この場合、書き込み電流Ｉ１，Ｉ２で生成された合成磁場の方向（３１５度方向）を向くように、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、さらに反時計回りに回転する。その結果、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、３１５度方向を向く。
【０１４０】
一方、書き込み電流Ｉ１，Ｉ２で生成された合成磁場の方向（３１５度方向）を向くように、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、今度は反時計回りに回転する。その結果、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、３１５度方向を向く。
【０１４１】
（第３サイクル）
次に、第３サイクルでは、図８の（ｄ）に示すように、第１の書き込み配線Ｗ１はオフにして書き込み電流Ｉ１を流すのを止め、第２の書き込み配線Ｗ２のみはオンにしたまま９０度方向に書き込み電流Ｉ２を流し続ける。これにより、０度方向に磁場が発生する。
【０１４２】
この場合、書き込み電流Ｉ２で生成された磁場の方向（０度方向）を向くように、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、さらに反時計回りに回転する。その結果、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、０度方向を向く。
【０１４３】
一方、書き込み電流Ｉ２で生成された磁場の方向（０度方向）を向くように、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、さらに反時計回りに回転する。その結果、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、０度方向を向く。
【０１４４】
（第４サイクル）
次に、第４サイクルでは、図８の（ｅ）に示すように、第１の書き込み配線Ｗ１及び第２の書き込み配線Ｗ２をともにオフにし、両者に書き込み電流Ｉ１，Ｉ２を流すのを止める。従って、第４サイクルでは印加磁場が消滅する。
【０１４５】
この場合、第２のＭＴＪ素子２００の上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａの磁化は、１３５度方向及び３１５度方向（磁化容易軸ｅ２の方向）の安定な状態に戻ろうとする。つまり、上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａは反時計回りに回転し、上部強磁性層２１３ｃの磁化方向は３１５度方向、下部強磁性層２１３ａの磁化方向は１３５度方向を向く。従って、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の磁化は初期状態から１８０度回転された磁化方向となり、第２のＭＴＪ素子２００のデータを“１”から“０”に書き換えることができる。
【０１４６】
一方、第１のＭＴＪ素子１００の上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａの磁化は、４５度方向及び２２５度方向（磁化容易軸ｅ２の方向）の安定な状態に戻ろうとする。つまり、上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａは時計回りに回転し、上部強磁性層１１３ｃの磁化方向は４５度方向、下部強磁性層１１３ａの磁化方向は２２５度方向を向く。従って、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の磁化は初期状態と同じ磁化方向となり、第１のＭＴＪ素子１００のデータは“１”状態のままであり、第１のＭＴＪ素子１００のデータは書き換わらない。
【０１４７】
（ｄ）第２のＭＴＪ素子の書き込み方法例４
第２のＭＴＪ素子の書き込み方法例４は、第２サイクルの書き込み電流による合成磁場の印加方向を第２のＭＴＪ素子２００の磁化容易軸ｅ２の方向である「１３５度方向」となるように書き込み電流の流す方向を調整し、記録層２１３の磁化を「反時計回り」に回転させながらデータを書き換える例である。
【０１４８】
図９は、本発明の第１の実施形態に係る第２のＭＴＪ素子の書き込み方法例４の各サイクルの説明図を示す。以下に、第２のＭＴＪ素子の書き込み方法例４について説明する。
【０１４９】
（初期状態）
まず、初期状態では、図９の（ａ）に示すように、第１及び第２の書き込み配線Ｗ１，Ｗ２はともにオフしており、両者には書き込み電流Ｉ１，Ｉ２が流れていない無通電状態となっている。
【０１５０】
この場合、図２の（ａ）と同様、第１のＭＴＪ素子１００の上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａの磁化は４５度及び２２５度方向をそれぞれ向き、第２のＭＴＪ素子２００の上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａの磁化は１３５度及び３１５度方向を向く。
【０１５１】
（第１サイクル）
次に、第１サイクルでは、図９の（ｂ）に示すように、第１の書き込み配線Ｗ１のみをオンし、例えば０度方向に書き込み電流Ｉ１を流す。これにより、９０度方向に磁場が発生する。
【０１５２】
この場合、書き込み電流Ｉ１で生成された磁場によって、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３に合成磁化（合成磁気モーメント）が出現する。そして、この合成磁化は、生成された磁場方向（９０度方向）を向くように、上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、反時計回りに回転する。
【０１５３】
一方、書き込み電流Ｉ１で生成された磁場によって、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３に合成磁化（合成磁気モーメント）が出現する。そして、この合成磁化は、生成された磁場方向（９０度方向）を向くように、上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、時計回りに回転する。
【０１５４】
（第２サイクル）
次に、第２サイクルでは、図９の（ｃ）に示すように、第１の書き込み配線Ｗ１はオンにしたまま０度方向に書き込み電流Ｉ１を流し続け、さらに第２の書き込み配線Ｗ２もオンにして２７０度方向に書き込み電流Ｉ２を流し始める。これにより、１３５度方向に合成磁場が発生する。
【０１５５】
この場合、書き込み電流Ｉ１，Ｉ２で生成された合成磁場の方向（１３５度方向）を向くように、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、さらに反時計回りに回転する。その結果、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、１３５度方向を向く。
【０１５６】
一方、書き込み電流Ｉ１，Ｉ２で生成された合成磁場の方向（１３５度方向）を向くように、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、今度は反時計回りに回転する。その結果、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、１３５度方向を向く。
【０１５７】
（第３サイクル）
次に、第３サイクルでは、図９の（ｄ）に示すように、第１の書き込み配線Ｗ１はオフにして書き込み電流Ｉ１を流すのを止め、第２の書き込み配線Ｗ２のみはオンにしたまま２７０度方向に書き込み電流Ｉ２を流し続ける。これにより、１８０度方向に磁場が発生する。
【０１５８】
この場合、書き込み電流Ｉ２で生成された磁場の方向（１８０度方向）を向くように、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、さらに反時計回りに回転する。その結果、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、１８０度方向を向く。
【０１５９】
一方、書き込み電流Ｉ２で生成された磁場の方向（１８０度方向）を向くように、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａが反強磁性結合状態を保ちながら、さらに反時計回りに回転する。その結果、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の合成磁化（合成磁気モーメント）は、１８０度方向を向く。
【０１６０】
（第４サイクル）
次に、第４サイクルでは、図９の（ｅ）に示すように、第１の書き込み配線Ｗ１及び第２の書き込み配線Ｗ２をともにオフにし、両者に書き込み電流Ｉ１，Ｉ２を流すのを止める。従って、第４サイクルでは印加磁場が消滅する。
【０１６１】
この場合、第２のＭＴＪ素子２００の上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａの磁化は、１３５度方向及び３１５度方向（磁化容易軸ｅ２の方向）の安定な状態に戻ろうとする。つまり、上部強磁性層２１３ｃ及び下部強磁性層２１３ａは反時計回りに回転し、上部強磁性層２１３ｃの磁化方向は３１５度方向、下部強磁性層２１３ａの磁化方向は１３５度方向を向く。従って、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の磁化は初期状態から１８０度回転された磁化方向となり、第２のＭＴＪ素子２００のデータを“１”から“０”に書き換えることができる。
【０１６２】
一方、第１のＭＴＪ素子１００の上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａの磁化は、４５度方向及び２２５度方向（磁化容易軸ｅ２の方向）の安定な状態に戻ろうとする。つまり、上部強磁性層１１３ｃ及び下部強磁性層１１３ａは時計回りに回転し、上部強磁性層１１３ｃの磁化方向は４５度方向、下部強磁性層１１３ａの磁化方向は２２５度方向を向く。従って、第１のＭＴＪ素子１００の記録層１１３の磁化は初期状態と同じ磁化方向となり、第１のＭＴＪ素子１００のデータは“１”状態のままであり、第１のＭＴＪ素子１００のデータは書き換わらない。
【０１６３】
［１−３］読み出し方法
本発明の第１の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの読み出し方法は、通常の読み出し方法を採用し、上部電極２０及び下部電極３０間に電圧（又は電流）を印加し、電流（又は電圧）をセンスアンプ４１で検出することによって、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００の“１”、“０”状態を判別する。
【０１６４】
この際、ＭＴＪ素子の記録層（固定層側に面した側の強磁性層）と固定層（固定層が非磁性層に分断された複数の強磁性層からなっていた場合、記録層側に面した側の強磁性層）の相対的な磁化方向が、平行状態（例えば“１”状態）の場合は低抵抗となり、反平行状態（例えば“０”状態）の場合は高抵抗となる。従って、この抵抗値の違いを読み取ることで、ＭＴＪ素子の“１”、“０”状態を判別する。
【０１６５】
さらに、本実施形態では、１セルに２つのＭＴＪ素子１００，２００が直列接続されている。このため、上部電極２０及び下部電極３０間に電圧（又は電流）を印加して電流（又は電圧）を読み取ると、２つのＭＴＪ素子１００，２００の合計の抵抗値が読み出される。そこで、本実施形態では、１セルの合計の抵抗値を読み取ることで、ＭＴＪ素子１００，２００のそれぞれのデータを判別する。このような読み出し方法について、以下に具体的に説明する。
【０１６６】
図１０は、本発明の第１の実施形態に係わる１セルのＭＴＪ素子の概略的な回路図を示す。図１１は、本発明の第１の実施形態に係わる読み出し時における論理状態毎の直列抵抗の違いを説明するための図を示す。図１２（ａ）乃至（ｄ）は、本発明の第１の実施形態に係わる論理状態毎の磁化配置を説明するための図を示す。
【０１６７】
図１０に示すように、第１の実施形態に係るメモリセルＭＣにおいて、第１のＭＴＪ素子１００と第２のＭＴＪ素子２００とは直列接続されている。ここで、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００は、“１”状態の時と“０”状態の時とでそれぞれ抵抗値が変化する。そこで、第１のＭＴＪ素子１００において、“１”状態の時の抵抗値をＲ１、“０”状態の時の抵抗値をＲ１＋ΔＲ１とする。また、第２のＭＴＪ素子２００において、“１”状態の時の抵抗値をＲ２、“０”状態の時の抵抗値をＲ２＋ΔＲ２とする。このような場合、メモリセルＭＣの直列抵抗Ｒは、第１のＭＴＪ素子１００の抵抗（Ｒ１又はＲ１＋ΔＲ１）と、第２のＭＴＪ素子２００の抵抗（Ｒ２又はＲ２＋ΔＲ２）とを足した値となる。
【０１６８】
従って、図１１に示すように、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００の論理状態によって、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００の直列抵抗Ｒは４つの値Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄに変化する。
【０１６９】
例えば、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００の両方に“１”データが書き込まれていた場合（図１２（ａ）参照）、第１のＭＴＪ素子１００の抵抗値はＲ１、第２のＭＴＪ素子２００の抵抗値はＲ２であるため、メモリセルＭＣの直列抵抗ＲａはＲ１＋Ｒ２となる。
【０１７０】
例えば、第１のＭＴＪ素子１００に“０”データ、第２のＭＴＪ素子２００に“１”データが書き込まれていた場合（図１２（ｂ）参照）、第１のＭＴＪ素子１００の抵抗値はＲ１＋ΔＲ１、第２のＭＴＪ素子２００の抵抗値はＲ２であるため、メモリセルＭＣの直列抵抗ＲｂはＲ１＋ΔＲ１＋Ｒ２となる。
【０１７１】
例えば、第１のＭＴＪ素子１００に“１”データ、第２のＭＴＪ素子２００に“０”データが書き込まれていた場合（図１２（ｃ）参照）、第１のＭＴＪ素子１００の抵抗値はＲ１、第２のＭＴＪ素子２００の抵抗値はＲ２＋ΔＲ２であるため、メモリセルＭＣの直列抵抗ＲｃはＲ１＋Ｒ２＋ΔＲ２となる。
【０１７２】
例えば、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００の両方に“０”データが書き込まれていた場合（図１２（ｄ）参照）、第１のＭＴＪ素子１００の抵抗値はＲ１＋ΔＲ１、第２のＭＴＪ素子２００の抵抗値はＲ２＋ΔＲ２であるため、メモリセルＭＣの直列抵抗ＲｄはＲ１＋ΔＲ１＋Ｒ２＋ΔＲ２となる。
【０１７３】
このような４つの状態の抵抗値Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄの違いから、４値の読み出しを行うことができる。つまり、読み出し時のメモリセルＭＣの直列抵抗Ｒが、例えばＲａの時は第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００にそれぞれ“１”データが書き込まれていたことになり、例えばＲｂの時は第１のＭＴＪ素子１００には“０”データ、第２のＭＴＪ素子２００には“１”データが書き込まれていたことになり、例えばＲｃの時は第１のＭＴＪ素子１００には“１”データ、第２のＭＴＪ素子２００には“０”データが書き込まれていたことになり、例えばＲｄの時は第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００にそれぞれ“０”データが書き込まれていたことになる。
【０１７４】
但し、４値の読み出しを可能にするには、４値の異なる抵抗値Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄを作り出す必要がある。すなわち、抵抗値Ｒｂ、Ｒｃを異なる値にするためには、抵抗変化量ΔＲ１とΔＲ２とが異なる値であることが条件となる。
【０１７５】
この条件を満たすために、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００を次のように規定するとよい。
【０１７６】
例えば、第１のＭＴＪ素子１００のトンネルバリア層１１２と第２のＭＴＪ素子２００のトンネルバリア層２１２を異なる膜厚にすればよい。
【０１７７】
また、第１のＭＴＪ素子１００と第２のＭＴＪ素子２００を異なる材料で形成することにより異なるＭＲ（Magneto Resistive）比にしてもよい。例えば、固定層１１１，２１１にＣｏ９−Ｆｅ（反強磁性層は例えばＰｔ−Ｍｎ）を用いた場合、次のような記録層１１３，２１３の材料によってＭＲ比を変えることができる。すなわち、記録層１１３，２１３の材料がＣｏ−Ｆｅの場合のＭＲ比は〜５０％となり、記録層１１３，２１３の材料がＣｏ−Ｆｅ−Ｎｉの場合のＭＲ比は４０〜４５％となり、記録層１１３，２１３の材料がＮｉ−Ｆｅの場合のＭＲ比は〜３５％となる。
【０１７８】
また、第１のＭＴＪ素子１００と第２のＭＴＪ素子２００を異なる大きさにしてもよい。
【０１７９】
尚、上述するように４値の異なる抵抗値Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄを作り出すことで、４値状態を作り出すことが可能となるが、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００の抵抗値Ｒｂ，Ｒｃがほぼ等しい場合には、３値状態を作り出すことが可能である。
【０１８０】
［１−４］製造方法
図１を用いて、本発明の第１の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの製造方法について概略的に説明する。
【０１８１】
まず、第２の書き込み配線Ｗ２が形成され、この第２の書き込み配線Ｗ２上に層間膜（）が形成される。そして、この層間膜上に下部電極３０が形成される。次に、下部電極３０上に第２のＭＴＪ素子２００の材料層２００ａが形成され、この材料層２００ａが加工されることで、第２のＭＴＪ素子２００が形成される。次に、第２のＭＴＪ素子２００上に中間電極１０が形成され、この中間電極１０上に第１のＭＴＪ素子１００の材料層１００ａが形成される。そして、この材料層１００ａが加工されることで、第１のＭＴＪ素子１００が形成される。次に、第１のＭＴＪ素子１００上に上部電極２０が形成された後、上部電極２０の上方に第１の書き込み配線Ｗ１が形成される。
【０１８２】
尚、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００の磁化容易軸ｅ１，ｅ２の方向は、固定層１１１，２１１の成膜時の磁場中アニールと形状磁気異方性によって定めているので、より強い異方性を持たせることができ、磁気特性が安定し、かつ出力信号を大きく取ることが可能となる。また、中間電極１０を設けることで、第１のＭＴＪ素子１００の加工時に第２のＭＴＪ素子２００に影響がないようにしている。
【０１８３】
［１−５］材料
本実施形態におけるメモリセルの各層は、例えば以下のような材料で形成されている。
【０１８４】
固定層１１１，２１１及び記録層１１３，２１３の材料には、次のような強磁性材料が用いられる。例えば、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ、それらの積層膜、又はそれらの合金、スピン分極率の大きいマグネタイト、ＣｒＯ２，ＲＸＭｎＯ３−Ｙ（Ｒ；希土類、Ｘ；Ｃａ，Ｂａ，Ｓｒ）などの酸化物の他、ＮｉＭｎＳｂ，ＰｔＭｎＳｂなどのホイスラー合金などを用いることが好ましい。また、これら磁性体には、強磁性を失わないかぎり、Ａｇ，Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｓｉ，Ｂｉ，Ｔａ，Ｂ，Ｃ，Ｏ，Ｎ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｚｒ，Ｉｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｎｂなどの非磁性元素が多少含まれていてもよい。
【０１８５】
トンネルバリア層１１２，２１２の材料には、例えば、Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＭｇＯ，ＡｌＮ，Ｂｉ２Ｏ３，ＭｇＦ２，ＣａＦ２，ＳｒＴｉＯ２，ＡｌＬａＯ３などの様々な誘電体を使用することができる。これらの誘電体には、酸素、窒素、フッ素欠損が存在していてもかまわない。
【０１８６】
中間電極１０としては、例えば、Ｒｕ，Ｔａ，ＴｉＮなどの非磁性材料があげられる。
【０１８７】
上記第１の実施形態によれば、１対の書き込み配線Ｗ１，Ｗ２間に第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００を積み上げ、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００の磁化容易軸ｅ１，ｅ２を第１及び第２の書き込み配線Ｗ１，Ｗ２の延在方向に対して４５度傾けかつ互いに直交させる。そして、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００のうち一方の選択素子にデータを書き込む場合、第１及び第２の書き込み配線Ｗ１，Ｗ２の一方の第１の選択配線に電流を流す（第１サイクル）→第１及び第２の書き込み配線Ｗ１，Ｗ２の他方の第２の選択配線に電流を流す（第２サイクル）→第１の選択配線に電流を流すのを止める（第３サイクル）→第２の選択配線に電流を流すのを止める（第４サイクル）。ここで、第２サイクルにおける電流によって発生した合成磁場の印加方向を選択素子の磁化容易軸ｅ１又はｅ２の方向となるように、電流の流す方向を調整する。
【０１８８】
これにより、第１乃至第４サイクルにおいて選択素子の記録層の磁化は一方向（時計回り又は反時計回り）に回転し、第４サイクル後に平行磁化配置が反平行磁化配置に又は反平行磁化配置が平行磁化配置に変化する。一方、第１乃至第４サイクルにおいて非選択素子の記録層の磁化は二方向（時計回りと反時計回り）に回転し、第４サイクル後に磁化配置がもとの状態に戻る。このように、書き込み配線Ｗ１，Ｗ２に流す電流Ｉ１，Ｉ２の順番と向きを調整することで、２つのＭＴＪ素子１００，２００に対して選択的に書き込みを行うことができる。さらに、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００の同一データにおける抵抗値を異なる値となるよう設定することで、４値読み出しが可能となる。
【０１８９】
以上のように、第１の実施形態によれば、一対の電流磁界配線間に２ビット分の情報を蓄積できるため、トグル型セルの多値記憶が可能となり、磁気ランダムアクセスメモリの大規模高集積化を実現できる。
【０１９０】
［２］第２の実施形態
第２の実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、第１及び第２のＭＴＪ素子、中間電極を一括加工することで、これらの平面形状が同じになっている例である。尚、第２の実施形態の書き込み方法及び読み出し方法は、上記第１の実施形態と同様であるため、説明は省略する。
【０１９１】
［２−１］構造
図１３（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの平面図を示す。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＸＩＩＩＢ−ＸＩＩＩＢ線に沿った磁気ランダムアクセスメモリの断面図を示す。以下に、本発明の第２の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの構造について説明する。
【０１９２】
図１３（ａ）及び（ｂ）に示すように、第２の実施形態において、第１の実施形態と異なる点は、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００、中間電極１０の平面形状が同じになっている点である。例えば、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００、中間電極１０の平面形状は円形である。
【０１９３】
但し、第１の実施形態と同様、第１のＭＴＪ素子１００の磁化容易軸ｅ１の方向はＸ方向又はＹ方向に対してほぼ４５度傾き、第２のＭＴＪ素子２００の磁化容易軸ｅ２の方向はＸ方向又はＹ方向に対してほぼ４５度傾き、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００の磁化容易軸ｅ１，ｅ２の方向は互いにほぼ９０度異なるようにする。
【０１９４】
［２−２］製造方法
本発明の第２の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの製造方法について概略的に説明する。
【０１９５】
まず、第２の書き込み配線Ｗ２が形成され、この第２の書き込み配線Ｗ２上に層間膜（）が形成される。そして、この層間膜上に下部電極３０が形成される。次に、下部電極３０上に、第２のＭＴＪ素子２００の材料層２００ａ、中間電極１０の材料層１０ａ及び第１のＭＴＪ素子１００の材料層１００ａが順に一括成膜される。次に、材料層１００ａ，１０ａ，２００ａが一括加工され、同一の平面形状の第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００、中間電極１０が形成される。その後、第１のＭＴＪ素子１００上に上部電極２０が形成された後、上部電極２０の上方に第１の書き込み配線Ｗ１が形成される。
【０１９６】
尚、それぞれのＭＴＪ素子１００，２００に対して異なる磁化温度で異なる磁気異方性を持たせることで、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００の磁化容易軸ｅ１，ｅ２の方向を規定する。
【０１９７】
上記第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第２の実施形態では、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００、中間電極１０の材料層１００ａ，２００ａ，１０ａを一括成膜し、磁場中アニールを２ステップにすることができるため、プロセスの短縮かつ歩留まりの向上の効果が大きく、プロセスコストを大幅に低減することが可能となる。
【０１９８】
［３］第３の実施形態
第３の実施形態は、第２の実施形態の変形例である。第２の実施形態では、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００の両方が、下（半導体基板側）から固定層、トンネルバリア層、記録層の順に積層されていた。これに対し、第３の実施形態では、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００の記録層１１３，２１３を互いに近づけるような積層する例である。尚、第３の実施形態の書き込み方法及び読み出し方法は、上記第１の実施形態と同様であるため、説明は省略する。
【０１９９】
［３−１］構造
図１４（ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの平面図を示す。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＸＩＶＢ−ＸＩＶＢ線に沿った磁気ランダムアクセスメモリの断面図を示す。以下に、本発明の第３の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの構造について説明する。
【０２００】
図１４（ａ）及び（ｂ）に示すように、第３の実施形態において、第２の実施形態と異なる点は、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００の固定層、トンネルバリア層、記録層の積層順である。
【０２０１】
すなわち、第１のＭＴＪ素子１００では、下部電極２０（半導体基板側）から上方に向かって、固定層１１１、トンネルバリア層１１２、記録層１１３の順で積層されている。これに対し、第２のＭＴＪ素子２００では、上部電極３０から下方に向かって、固定層２１１、トンネルバリア層２１２、記録層２１３の順で積層されている。従って、両者の記録層１１３，２１３が互いに近づくような積層順になっている。このため、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００の記録層１１３，２１３は中間電極１０に接し、第１のＭＴＪ素子１００の固定層１１１は上部電極２０に接し、第２のＭＴＪ素子２００の固定層２１１は下部電極３０に接する。
【０２０２】
［３−２］製造方法
本発明の第３の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの製造方法について概略的に説明する。
【０２０３】
まず、第２の書き込み配線Ｗ２が形成され、この第２の書き込み配線Ｗ２上に層間膜（）が形成される。そして、この層間膜上に下部電極３０が形成される。次に、下部電極３０上に、第２のＭＴＪ素子２００の材料層２００ａ、中間電極１０の材料層１０ａ及び第１のＭＴＪ素子１００の材料層１００ａが順に一括成膜される。ここで、材料層２００ａは、固定層２１１、トンネルバリア層２１２、記録層２１３の順に下から積層し、材料層１００ａは、記録層１１３、トンネルバリア層１１２、固定層１１１の順に下から積層する。次に、材料層１００ａ，１０ａ，２００ａが一括加工され、同一の平面形状の第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００、中間電極１０が形成される。その後、第１のＭＴＪ素子１００上に上部電極２０が形成された後、上部電極２０の上方に第１の書き込み配線Ｗ１が形成される。
【０２０４】
尚、それぞれのＭＴＪ素子１００，２００に対して異なる磁化温度で異なる磁気異方性を持たせることで、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００の磁化容易軸ｅ１，ｅ２の方向を規定する。
【０２０５】
上記第３の実施形態によれば、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第３の実施形態では、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００の記録層１１３，２１３が互いに近づくような積層順になっている。従って、第２の実施形態では、記録層２１３は２つの固定層１１１，２１１に挟まれていたのに対し、第３の実施形態では、記録層１１３，２１３に隣接する固定層はそれぞれ１層だけである。従って、第３の実施形態では、第２の実施形態と比べて、デリケートな記録層１１３，２１３の部分に固定層１１１，２１１のモホロジーの影響を半分に減らすことができる。
【０２０６】
［４］第４の実施形態
第４の実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、別々の基板に形成された第１及び第２のＭＴＪ素子を貼り合わせ技術によって重ね合わせた例である。尚、第４の実施形態の書き込み方法及び読み出し方法は、上記第１の実施形態と同様であるため、説明は省略する。
【０２０７】
［４−１］構造
図１５（ａ）は、本発明の第４の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの平面図を示す。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）のＸＶＢ−ＸＶＢ線に沿った磁気ランダムアクセスメモリの断面図を示す。以下に、本発明の第４の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの構造について説明する。
【０２０８】
図１５（ａ）及び（ｂ）に示すように、第４の実施形態において、第１の実施形態と異なる点は、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００が張り合わせにより積み上げられている点である。ここで、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００間にはコンタクト４０が設けられ、このコンタクト４０は非磁性材料（例えば、Ｔａ，Ｒｕ，ＴｉＮなど）で形成される。
【０２０９】
［４−２］製造方法
本発明の第４の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの製造方法について概略的に説明する。
【０２１０】
まず、第２の基板上に層間絶縁膜、スイッチング素子４３、コンタクト３１、下部電極３０、書き込み配線Ｗ２等が形成される。そして、第２のＭＴＪ素子２００が形成され、この第２のＭＴＪ素子２００が層間膜で埋め込まれる。次に、層間膜内に第２のＭＴＪ素子２００に接続するコンタクト４０が埋め込み形成される。
【０２１１】
一方、第２の基板とは異なる第１の基板上に層間絶縁膜、上部電極２０、書き込み配線Ｗ１等が形成される、そして、第１のＭＴＪ素子１００が形成され、この第１のＭＴＪ素子１００が層間膜で埋め込まれる。次に、層間膜を研磨又はエッチング除去し、第１のＭＴＪ素子１００の端部を露出させる。尚、第１のＭＴＪ素子１００に接続するコンタクト４０を層間膜内に埋め込み形成してもよい。
【０２１２】
次に、第１及び第２の基板が貼り合わされる。これにより、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００はコンタクト４０を介して接続される。その後、第１の基板の不要な部分が除去される。
【０２１３】
ここで、第４の実施形態では、第１の実施形態と同様、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００の磁化容易軸ｅ１，ｅ２の方向は、磁場中アニールと形状磁気異方性によって定めているので、より強い異方性を持たせることができ、磁気特性が安定し、かつ出力信号を大きく取ることが可能となる。
【０２１４】
上記第４の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第４の実施形態は、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００を別々に形成することができるため、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００の材料選択肢が広がり、プロセスインテグレーションが容易となり、磁気特性の安定化及びプロセスの歩留まり向上を図ることができる。
【０２１５】
尚、第４の実施形態では、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００の記録層１１３，２１３が近づくように貼り合わせたが、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００が下から固定層、トンネルバリア層、記録層の順に積層されるように貼り合わせてもよい。
【０２１６】
［５］第５の実施形態
第５の実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、第１及び第２のＭＴＪ素子のデータを別々に読み出す例である。尚、第５の実施形態の書き込み方法は、上記第１の実施形態と同様であるため、説明は省略する。
【０２１７】
［５−１］構造
図１６（ａ）は、本発明の第５の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの平面図を示す。図１６（ｂ）は、図１６（ａ）のＸＶＩＢ−ＸＶＩＢ線に沿った磁気ランダムアクセスメモリの断面図を示す。以下に、本発明の第５の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの構造について説明する。
【０２１８】
図１６（ａ）及び（ｂ）に示すように、第５の実施形態において、第１の実施形態と異なる点は、中間電極１０にセンスアンプ４１を接続し、上部電極２０にスイッチング素子（例えばトランジスタ）４４を接続した点である。これにより、データ読み出し時に、第１のＭＴＪ素子１００と第２のＭＴＪ素子２００とをそれぞれ選択することができる。
【０２１９】
［５−２］読み出し方法
上記第１の実施形態では、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００の合計の直列抵抗Ｒを読み取ることで、一度に２つのＭＴＪ素子１００，２００のデータを読み出していた。これに対し、第５の実施形態の読み出し方法は、第１のＭＴＪ素子１００の抵抗Ｒ１００と第２のＭＴＪ素子２００の抵抗Ｒ２００とを別々に読み取る。
【０２２０】
例えば、第１のＭＴＪ素子１００のデータを読み出す場合、スイッチング素子４４をオンし、上部電極２０とセンスアンプ４１間に読み出し電流を流す（又は電圧を印加する）。これにより、第１のＭＴＪ素子１００のみの抵抗Ｒ１００を読み出すことができる。
【０２２１】
一方、第２のＭＴＪ素子２００のデータを読み出す場合、スイッチング素子４３をオンし、下部電極３０とセンスアンプ４１間に読み出し電流を流す（又は電圧を印加する）。これにより、第２のＭＴＪ素子２００のみの抵抗Ｒ２００を読み出すことができる。
【０２２２】
上記第５の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第５の実施形態では、第１のＭＴＪ素子１００の抵抗値と第２のＭＴＪ素子２００の抵抗値とを別々に読み出すことができるため、次のような効果も得られる。
【０２２３】
まず、同じ書き込み状態における第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００の抵抗値が同じであってもよいため、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００の構造や材料の選択度を向上することができる。また、読み出し信号量が２倍になるので、動作マージンを大きく向上させることができる。
【０２２４】
［６］第６の実施形態
第６の実施形態は、第１の実施形態の変形例である。第１の実施形態では、書き込み用の配線（第１及び第２の書き込み配線Ｗ１，Ｗ２）と読み出し用の配線（上部電極２０、下部電極３０）とが別々に設けられていた。これに対し、第６の実施形態では、書き込み用の配線の一部（第１の書き込み配線）を読み出し用の配線として使用する。尚、第６の実施形態の書き込み方法は、上記第１の実施形態と同様であるため、説明は省略する。
【０２２５】
［６−１］構造
図１７（ａ）は、本発明の第６の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの平面図を示す。図１７（ｂ）は、図１７（ａ）のＸＶＩＩＢ−ＸＶＩＩＢ線に沿った磁気ランダムアクセスメモリの断面図を示す。以下に、本発明の第６の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの構造について説明する。
【０２２６】
図１７（ａ）及び（ｂ）に示すように、第６の実施形態において、第１の実施形態と異なる点は、上部電極を無くし、第１の書き込み配線Ｗ１を第１のＭＴＪ素子１００と直接接続させた点である。従って、第１の書き込み配線Ｗ１には、コンタクト４５を介してセンスアンプ４１が電気的に接続されている。尚、第１のＭＴＪ素子１００は、第１の書き込み配線Ｗ１とコンタクトを介して接続してもよい。
【０２２７】
［６−２］読み出し方法
上記第１の実施形態の読み出し方法では、上部電極２０及び下部電極３０間に読み出し電流を流していた（又は電圧を印加していた）。これに対し、第６の実施形態の読み出し方法では、第１の書き込み配線Ｗ１及び下部電極３０間に読み出し電流を流す（又は電圧を印加する）。
【０２２８】
尚、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００の合計の直列抵抗Ｒを読み取り、データを判別する方法は、第１の実施形態と同様であるため、説明は省略する。
【０２２９】
上記第６の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第６実施形態では、上部電極を省略することで、セル面積の縮小を図ることができる。
【０２３０】
［７］第７の実施形態
第７の実施形態は、第６の実施形態の変形例であり、第１及び第２のＭＴＪ素子のデータを別々に読み出す例である。尚、第７の実施形態の書き込み方法は、上記第１の実施形態と同様であるため、説明は省略する。
【０２３１】
［７−１］構造
図１８（ａ）は、本発明の第７の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの平面図を示す。図１８（ｂ）は、図１８（ａ）のＸＶＩＩＩＢ−ＸＶＩＩＩＢ線に沿った磁気ランダムアクセスメモリの断面図を示す。以下に、本発明の第７の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの構造について説明する。
【０２３２】
図１８（ａ）及び（ｂ）に示すように、第７の実施形態において、第６の実施形態と異なる点は、中間電極１０にセンスアンプ４１を接続し、第１の書き込み配線Ｗ１にスイッチング素子（例えばトランジスタ）４４を接続した点である。これにより、データ読み出し時に、第１のＭＴＪ素子１００と第２のＭＴＪ素子２００とをそれぞれ選択することができる。
【０２３３】
［７−２］読み出し方法
上記第６の実施形態では、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００の合計の直列抵抗Ｒを読み取ることで、一度に２つのＭＴＪ素子１００，２００のデータを読み出していた。これに対し、第７の実施形態の読み出し方法は、第１のＭＴＪ素子１００の抵抗Ｒ１００と第２のＭＴＪ素子２００の抵抗Ｒ２００とを別々に読み取る。
【０２３４】
例えば、第１のＭＴＪ素子１００のデータを読み出す場合、スイッチング素子４４をオンし、第１の書き込み配線Ｗ１とセンスアンプ４１間に読み出し電流を流す（又は電圧を印加する）。これにより、第１のＭＴＪ素子１００のみの抵抗Ｒ１００を読み出すことができる。
【０２３５】
一方、第２のＭＴＪ素子２００のデータを読み出す場合、スイッチング素子４３をオンし、下部電極３０とセンスアンプ４１間に読み出し電流を流す（又は電圧を印加する）。これにより、第２のＭＴＪ素子２００のみの抵抗Ｒ２００を読み出すことができる。
【０２３６】
上記第７の実施形態によれば、第６の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第７実施形態では、第１のＭＴＪ素子１００の抵抗と第２のＭＴＪ素子２００の抵抗Ｒとを別々に読み出すことができるため、同じ書き込み状態における第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００の抵抗が同じであってもよいため、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００の構造や材料の選択度を向上することができる。
【０２３７】
［８］第８の実施形態
上記各実施形態では、第１及び第２のＭＴＪ素子の両方ともトグル書き込みを行っていた。これに対し、第８の実施形態では、第１のＭＴＪ素子はトグル書き込みを行い、第２のＭＴＪ素子は通常の１サイクル書き込みを行う例である。尚、第８の実施形態の読み出し方法は、上記各実施形態と同様であるため、説明は省略する。
【０２３８】
［８−１］構造
図１９は、本発明の第８の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの平面図を示す。以下に、本発明の第８の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの構造について説明する。
【０２３９】
図１９に示すように、第８の実施形態において、第１の実施形態と異なる点は、第２のＭＴＪ素子２００の磁化容易軸ｅ２の方向を第１の書き込み配線Ｗ１の延在方向（Ｘ方向）と同じにしている点である。
【０２４０】
［８−２］書き込み方法
図２０は、本発明の第８の実施形態に係る書き込み方法による４値状態について説明するための図である。以下に、図２０を参照し、本発明の第８の実施形態に係る書き込み方法について説明する。
【０２４１】
第１の状態は、例えば図２の書き込みシーケンスを実行する。これにより、第１のＭＴＪ素子１００の磁化ｅ１は１８０度反転した反転状態（例えば“１”状態）となり、第２のＭＴＪ素子２００の磁化ｅ２は右向き状態（例えば“１”状態）となる。
【０２４２】
第２の状態は、例えば図３の書き込みシーケンスを実行する。これにより、第１のＭＴＪ素子１００の磁化ｅ１は１８０度反転した反転状態（例えば“１”状態）となり、第２のＭＴＪ素子２００の磁化ｅ２は左向き状態（例えば“０”状態）となる。
【０２４３】
第３の状態は、例えば図８の書き込みシーケンスを実行する。これにより、第１のＭＴＪ素子１００の磁化ｅ１は磁化反転しない不変状態（例えば“０”状態）となり、第２のＭＴＪ素子２００の磁化ｅ２は右向き状態（例えば“１”状態）となる。
【０２４４】
第４の状態は、例えば図９の書き込みシーケンスを実行する。これにより、第１のＭＴＪ素子１００の磁化ｅ１は磁化反転しない不変状態（例えば“０”状態）となり、第２のＭＴＪ素子２００の磁化ｅ２は左向き状態（例えば“０”状態）となる。
【０２４５】
このように、第８の実施形態によれば、先に電流を流す第１又は第２の書き込み配線Ｗ１，Ｗ２と書き込み電流を流す方向とを変えることによって、第１及び第２の動作を選択的に独立して行うことが可能である。ここで、第１の動作は、第１のＭＴＪ素子１００にトグル動作を起こさせる又は起こさせないことであり、第２の動作は、第２のＭＴＪ素子２００の記録層２１３の磁化を反転させることである。この書き込み動作を行うことで、実質的に４値状態を作り出すことが可能である。
【０２４６】
上記第８の実施形態によれば、第１の実施形態と同様、一対の電流磁界配線間に２ビット分の情報を蓄積できるため、トグル型セルの多値記憶が可能となり、磁気ランダムアクセスメモリの大規模高集積化を実現できる。
【０２４７】
その他、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨
を逸脱しない範囲で、例えば次のように、種々に変形することが可能である。
【０２４８】
（ａ）上記各実施形態におけるＭＴＪ素子１００，２００において、記録層１１３，２１３は反強磁性結合構造となっており、固定層１１１，２１１は単層となっているが、これに限定されない。例えば、固定層１１１，２１１は、反強磁性結合構造又は強磁性結合構造であってもよい。すなわち、固定層１１１，２１１は、第１の強磁性層／非磁性層／第２の強磁性層の３層からなり、第１及び第２の強磁性層の磁化方向が反平行状態となるように磁気結合（層間交換結合）した反強磁性結合構造であってもよいし、第１及び第２の強磁性層の磁化方向が平行状態となるように磁気結合（層間交換結合）した強磁性結合構造であってもよい。
【０２４９】
（ｂ）上記各実施形態におけるＭＴＪ素子１００，２００は、トンネルバリア層を１層有するシングルジャンクション構造となっているが、これに限定されない。例えば、ＭＴＪ素子１００，２００は、トンネルバリア層を２層有するダブルジャンクション構造であってもよい。すなわち、ダブルジャンクション構造のＭＴＪ素子１００，２００は、第１の固定層と、第２の固定層と、第１及び第２の固定層間に設けられた記録層と、第１の固定層及び記録層間に設けられた第１のトンネルバリア層と、第２の固定層及び記録層間に設けられた第２のトンネルバリア層とを有する。
【０２５０】
（ｃ）上記各実施形態におけるＭＴＪ素子１００，２００の平面形状は、楕円や円で図示されているが、これに限定されない。例えば、ＭＴＪ素子１００，２００の平面形状は、正方形、長方形、六角形、菱型、平行四辺形、十字型、ビーンズ型（凹型）など種々変更可能である。
【０２５１】
但し、上記のいずれの平面形状であっても、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００でトグル書き込みを行う場合は、「第１のＭＴＪ素子１００の磁化容易軸ｅ１の方向は第１又は第２の書き込み配線Ｗ１，Ｗ２に対して４５度傾き、第２のＭＴＪ素子２００の磁化容易軸ｅ２の方向は第１又は第２の書き込み配線Ｗ１，Ｗ２に対して４５度傾き、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００の磁化容易軸ｅ１，ｅ２の方向は互いに９０度異なる」ように、磁化容易軸ｅ１，ｅ２の方向を規定する。
【０２５２】
（ｄ）上記各実施形態におけるＭＴＪ素子１００，２００において、固定層、トンネルバリア層及び記録層は例えば一括加工されて同じ平面形状となっているが、これに限定されない。例えば、固定層及びトンネルバリア層は四角形にし、記録層のみ十字型にしてもよい。
【０２５３】
（ｅ）上記各実施形態における磁気ランダムアクセスメモリにおいて、スイッチング素子４３，４４として、トランジスタを図示したが、例えばダイオードでもよい。また、スイッチング素子４３，４４を必ずしも設けなくてもよい。
【０２５４】
（ｆ）上記各実施形態における磁気ランダムアクセスメモリにおいて、センスアンプ４１及びリファレンスセル４２とスイッチング素子４３とは、ＭＴＪ素子の抵抗値が検出できれば、接続箇所を入れ替えることが可能である。例えば、図１の場合、センスアンプ４１及びリファレンスセル４２を下部電極３０に接続し、スイッチング素子４３を上部電極２０に接続してもよい。また、図１６の場合、センスアンプ４１及びリファレンスセル４２を上部電極２０及び下部電極３０にそれぞれ接続し、スイッチング素子４３を中間電極１０に接続してもよい。また、図１７の場合、センスアンプ４１及びリファレンスセル４２を下部電極３０に接続し、スイッチング素子４３を第１の書き込み配線Ｗ１に接続してもよい。また、図１８の場合、センスアンプ４１及びリファレンスセル４２を第１の書き込み配線Ｗ１及び下部電極３０にそれぞれ接続し、スイッチング素子４３を中間電極１０に接続してもよい。
【０２５５】
（ｇ）第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００の固定層１１１，２１１の磁化方向を異なる方向に固定する具体的な方法は、例えば以下の通りである。
【０２５６】
固定層１１１，２１１に用いる反強磁性層の材料によって、ブロッキング温度は異なる。例えば、反強磁性層の材料が、Ｎｉ−Ｍｎの場合は４３０℃、Ｐｔ−Ｍｎの場合は３５０℃、Ｉｒ−Ｍｎの場合は２６０℃、Ｆｅ−Ｍｎの場合は１５０℃となる。そこで、このようなブロッキング温度の違いを利用して、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００の固定層１１１，２１１の磁化方向を異なる方向に固定する。
【０２５７】
まず、第２のＭＴＪ素子２００を形成する。具体的には、反強磁性層（Ｐｔ−Ｍｎ）／固定層２１１／トンネルバリア層２１２／記録層２１３からなる第１の積層膜を、下部電極３０上に堆積する。そして、イオンミリング法を用いて、磁化容易軸の所望の磁化方向に長くなるように、第１の積層膜を加工する。次に、例えばＲＦスパッタ法を用いて、全面に層間絶縁膜としてＳｉＯｘ膜を堆積する。そして、このＳｉＯｘ膜を平坦化して、第２のＭＴＪ素子２００の上面部を露出させる。
【０２５８】
次に、第１のＭＴＪ素子１００を形成する。具体的には、反強磁性層（Ｉｒ−Ｍｎ）／固定層１１１／トンネルバリア層１１２／記録層１１３からなる第２の積層膜を、第２のＭＴＪ素子２００の上方に堆積する。そして、イオンミリング法を用いて、磁化容易軸の所望の磁化方向に長くなるように、第２の積層膜を加工する。ここで、第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００の磁化容易軸の向きは互いに異なるようにする。
【０２５９】
その後、まず、第２のＭＴＪ素子２００の磁化容易軸の方向に数千Ｏｅの磁場をかけながら３５０℃＋αの温度で基板を加熱し、固定層２１１の磁化の向きを固定する。続いて、第１のＭＴＪ素子１００の磁化容易軸の方向に数千Ｏｅの磁場をかけながら２６０℃＋αの温度で基板を加熱し、第２のＭＴＪ素子２００と異なる方向に固定層１１１の磁化の向きを固定する。
【０２６０】
第１及び第２のＭＴＪ素子１００，２００における記録層１１３，２１３のそれぞれの磁化容易軸の方向は、例えば形状磁気異方性及び磁場中アニールによってつけることで、磁気異方性をより強固にすることができる。このようなプロセスを経て、磁化容易軸の向きの互いに異なる磁気トンネル接合を積層することが可能となる。
【０２６１】
さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【図面の簡単な説明】
【０２６２】
【図１】図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリを示す平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩＢ−ＩＢ線に沿った磁気ランダムアクセスメモリの断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る第１のＭＴＪ素子の書き込み方法例１の各サイクルの説明図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る第１のＭＴＪ素子の書き込み方法例２の各サイクルの説明図。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る第１のＭＴＪ素子の書き込み方法例３の各サイクルの説明図。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る第１のＭＴＪ素子の書き込み方法例４の各サイクルの説明図。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る第２のＭＴＪ素子の書き込み方法例１の各サイクルの説明図。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る第２のＭＴＪ素子の書き込み方法例２の各サイクルの説明図。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る第２のＭＴＪ素子の書き込み方法例３の各サイクルの説明図。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る第２のＭＴＪ素子の書き込み方法例４の各サイクルの説明図。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係わる１セルのＭＴＪ素子を示す概略的な回路図。
【図１１】本発明の第１の実施形態に係わる読み出し時における論理状態毎の直列抵抗の違いを説明するための図。
【図１２】図１２（ａ）乃至（ｄ）は、本発明の第１の実施形態に係わる論理状態毎の磁化配置を説明するための図。
【図１３】図１３（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリを示す平面図、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＸＩＩＩＢ−ＸＩＩＩＢ線に沿った磁気ランダムアクセスメモリの断面図。
【図１４】図１４（ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリを示す平面図、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＸＩＶＢ−ＸＩＶＢ線に沿った磁気ランダムアクセスメモリの断面図。
【図１５】図１５（ａ）は、本発明の第４の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリを示す平面図、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）のＸＶＢ−ＸＶＢ線に沿った磁気ランダムアクセスメモリの断面図。
【図１６】図１６（ａ）は、本発明の第５の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリを示す平面図、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）のＸＶＩＢ−ＸＶＩＢ線に沿った磁気ランダムアクセスメモリの断面図。
【図１７】図１７（ａ）は、本発明の第６の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリを示す平面図、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）のＸＶＩＩＢ−ＸＶＩＩＢ線に沿った磁気ランダムアクセスメモリの断面図。
【図１８】図１８（ａ）は、本発明の第７の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリを示す平面図、図１８（ｂ）は、図１８（ａ）のＸＶＩＩＩＢ−ＸＶＩＩＩＢ線に沿った磁気ランダムアクセスメモリの断面図。
【図１９】本発明の第８の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリを示す平面図。
【図２０】本発明の第８の実施形態に係る書き込み方法による４値状態について説明するための図。
【符号の説明】
【０２６３】
１０…中間電極、２０…上部電極、１１，２１，３１，４０…コンタクト、３０…下部電極、４１…センスアンプ、４２…リファレンスセル、４３，４４…スイッチング素子（トランジスタ）、１００，２００…ＭＴＪ素子、１１１，２１１…固定層、１１２，２１２…トンネルバリア層、１１３，２１３…記録層、Ｗ１，Ｗ２…書き込み配線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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